Bu Tan Sac Bo Loc Quang.doc

[Type the document title]

[Pick the date]

[Year]

[Type the abstract of the document here. The abstract is typically a short summary of the contents of the document. Type the abstract of the document here. The abstract is typically a short summary of the contents of the document.]

[Type the document subtitle]

BÙ TÁN SẮC SỬ DỤNG BỘ LỌC

QUANG

GVHD: Th.S

NHÓM SVTH : NHÓM 2

LỚP:

2012

TP Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2012

Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN QUANG:

BÙ TÁN SẮC

SỬ DỤNG BỘ LỌC QUANG

GVHD:

NHÓM SVTH :

LỚP:

Nội dung yêu cầu :- Khái niệm về tán sắc.- Các loại tán sắc và đánh giá các loại tán sắc.- Các loại bộ lọc quang- Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng bộ lọc quang (cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các kết quả nghiên

cứu đánh giá sau khi bù bằng bộ lọc quang).

L11CQVT02-Nhóm II i


LỜI MỞ ĐẦU

Mạng truyền tải quang WDM ra đời đã tạo nên những bước phát triển to lớn trong vần đề truyền dẫn. Với sự ra đời của công nghệ WDM đã đáp ứng được những nhu cầu tăng lên rất lớn về băng thông. Ngày nay các hệ thống thông tin quang đường trục, các hệ thống dung lượng lớn đều sử dụng công nghệ WDM, với những tuyến liên kết điểm điểm, rồi đến những liên kết cấu trúc mạng phức tạp hơn để phù hợp với những yêu cầu đáp ứng mạng được đặt ra. Tuy nhiên, do một số những ảnh hưởng lớn tác động đến hệ thống WDM nên những nhà khai thác mạng vẫn chưa tận dụng được hết những ưu điểm vượt trội của hệ thống này.

Những ảnh hưởng đó phải kể đến đầu tiên chính là các ảnh hưởng của tán sắc đối với hệ thống WDM. Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng như tốc độ của hệ thống WDM, gây ra lỗi bit làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính của hệ thống WDM. Do đó vấn đề quản lý tán sắc trong hệ thống WDM đã và đang rất được quan tâm.

Để không làm suy giàm giảm chất lượng dịch vụ cần phải có biện pháp khắc phục tán sắc. Có rất nhiều kĩ thuật có thể đáp ứng được yêu cầu này.

Trong phần tìm hiểu của bài này xin trình bày kĩ thuật bù tán sắc sử dụng bộ lọc quang. Mặc dù có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy và các bạn. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn!

Bài báo cáo được chia thành 3 chương như sau:

Chương 1 : Định nghĩa - Phân loại và đánh giá các loại tán sắc.

Chương 2 : Tìm hiểu các bộ lọc quang.

Chương 3 : Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng bộ lọc quang : nguyên lý bù, các kết quả nghiên cứu đánh giá sau khi bù .

L11CQVT02-Nhóm II ii


NHÂN XET CUA GIANG VIÊN HƯỚNG DÂN……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

L11CQVT02-Nhóm II iii


Mục lục

Nội dung yêu cầu..............................................................................................................i

LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................................................ii

Nhận Xét Của Giảng Viên Hướng Dẫn………………………………………………..iii

Mục lục...........................................................................................................................iv

Chương 1 : Định nghĩa - Phân loại và đánh giá các loại tán sắc.

1. Khái niệm tán sắc....................................................................................................1

2. Các loại tán sắc và công thức đánh giá các loại tán sắc..........................................2

2.1. Tán sắc mode...................................................................................................2

2.2. Tán sắc sắc thể.................................................................................................3

2.2.1. Tán sắc chất liệu........................................................................................3

2.2.2. Tán sắc dẫn sóng........................................................................................5

2.3. Tán sắc phân cực mode..............................................................................6

Chương 2 : Các bộ lọc quang học .

1. Khái niệm các bộ lọc quang học..............................................................................9

1.1. Bộ lọc cố định..................................................................................................9

1.1.1. Bộ lọc Fabry-Perot.....................................................................................9

1.1.2. Bộ lọc nhiễu màng mỏng.........................................................................10

1.1.3. Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF)....................................11

1.2. Các bộ lọc thay đổi được...............................................................................13

1.2.1. Bộ lọc điều chỉnh được Fabry-Perot........................................................14

1.2.2. Cách tử nhiễu xạ......................................................................................14

1.2.3. Cách tử Bragg sợi (FBG).........................................................................14

1.2.4. Bộ lọc điều chỉnh Mach-Zehnder(MZF).................................................15

1.2.5. Bộ lọc quang âm học (AOTF):................................................................15

L11CQVT02-Nhóm II iv


Chương 3 : Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng bộ lọc quang : nguyên lý bù, các kết quả nghiên cứu đánh giá sau khi bù

1. Kỹ thuật bù tán sắc bằng bộ lọc quang..................................................................17

1.1. Nguyên lý bù của Bộ Lọc Quang:.................................................................17

1.2. Cơ sở toán học của bù bằng Bộ Lọc Quang...................................................19

2.Một số loại bộ lọc dùng để bù tán sắc 2.1. Giao thoa kế Fabry Perot (FP).................................................................19

2.2. Giao thoa Mach-Zehnder (MZ)...............................................................21

3.Nhận xét đánh giá kết quả sau khi bù tán sắc bằng Bộ Lọc Quang…………..24

3.1 Bù bằng bộ lọc quang âm học OAPF………………………………………….24

3.1.1. Giới thiệu chung........................................................................................24

3.1.2 Tối ưu hóa bộ bù OAPF bằng cách sử dụng kỹ thuật Minimun Mean Square Error (MMSE)………………………………………………………………...25

3.2. Kế quả sau khi bù………………………………………………….…….…….27 3.2.1. Kết quả và phân tích………………………..……………………………27 3.2.2. Kết luận…………………………………………………………………..30

KẾT LUÂN..................................................................................................................31

Tài liệu tham khảo.........................................................................................................31

Các từ viết tắt.................................................................................................................32

L11CQVT02-Nhóm II v


CHƯƠNG 1

1. Khái niệm tán sắc:

Tán sắc là hiện tượng tín hiệu quang truyền qua sợi quang bị biến dạng. Nếu xung bị giãn ra gọi là tán sắc dương, ngược lại nếu xung bị hẹp lại gọi là tán sắc âm. Trong trường hợp tán sắc dương, nếu xung giãn ra lớn hơn chu kỳ bít sẽ dẫn tới sự chồng lấp giữa các bít kế cận. Kết quả là đầu thu không nhận diện được bít 1 hay bít 0 đã được truyền đi ở đầu phát, dẫn tới bộ quyết định trong đầu thu sẽ quyết định sai, và khi đó tỉ số BER tăng lên, tỷ số S/N giảm và chất lượng hệ thống giảm.

.

Hình 1.1 Hiện tượng tán sắc làm giãn xung ngõ ra

Gọi D là độ tán sắc tổng cộng của sợi quang, đơn vị là giây ( s ). Khi đó D được xác định bởi:

Trong đó τi , τo lần lượt là độ rộng xung ngõ vào và ngõ ra của sợi quang ( đơn vị là s ). Độ tán sắc qua mỗi km sợi quang được tính bằng ns/km hoặc ps/km. Đối với loại tán sắc phụ thuộcvào bề rộng phổ của nguồn quang thì lúc đó đơn vị được tính là ps/km-nm.

L11CQVT02-Nhóm II 1


2. Các loại tán sắc và đánh giá các loại tán sắc

2.1.Tán sắc mode ( Intermodal Dispersion ) :

Tán sắc Mode hình thành là do năng lượng của ánh sáng phân tán thành nhiều mode. Mỗi mode lại truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian truyền cũng khác nhau. Chính sự khác nhau về thời gian lan truyền của các Mode gây ra tán sắc Mode.

Sự phụ thuộc của dmod vào số mũ trong hàm chiết suất được biểu diễn theo hình sau :


Tán sắc tổng

Tán sắc mode Tán sắc phân cực mode Tán sắc sắc thể

Tán sắc chất liệu Tán sắc ống dẫn sóng

Sợi đơn mode

Sợi đa mode


Hình 2.1 Tán sắc (dmod) thay đổi theo chiết suất

2.2.Tán sắc sắc thể

Dchr = Dmat + Dwg = L. ∆λ. Mmat + Mwg

2.2.1. Tán sắc chất liệu ( Material Dispersion )

Hình 2.1 Mô tả tán sắc chất liệu.

Do tín hiệu quang truyền trên sợi không phải đơn sắc mà gồm một khoảng bước sóng nhất định. Mỗi bước sóng lại có vận tốc truyền khác nhau nên thời gian truyền cũng khác nhau.Độ trải rộng xung do tán sắc có thể đo được bằng thời gian trễ nhóm trong sợi quang.


Dmod (ns/km)

1,0

0,1

0,01 0 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 g


Về ý nghĩa vật lý, tán sắc do chất liệu cho biết mức độ nới rộng xung của mỗi nm bề rộng phổ nguồn quang qua mỗi km sợi quang. Đơn vị của độ tán sắc do chất liệu M là ps/nm.km. Sự biến thiên của tán sắc chất liệu M theo bước sóng λ như hình H.2.2

Hình 2.2 Tán sắc chất liệu dmode, tán sắc dẫn sóng dwg và tán sắc sắc thể thay đổi theo bước sóng.

Ở bước sóng 850nm, độ tán sắc do chất liệu M khoảng 90 đến 120 ps/nm.km. Nếu sử dụng nguồn quang là LED có bề rộng phổ ∆λ = 50nm thì độ rộng xung quang khi truyền qua mỗi km:

Dmat=M . ∆λ

Dmat = 100ps/nm.km x 50nm = 5ns/km.

Còn nếu nguồn quang là laser diode có ∆λ = 3nm thì độ nới rộng xung chỉ khoảng 0.3 ns/km.

Ở bước sóng 1300nm tán sắc chất liệu bằng tán sắc dẫn sóng nhưng ngược dấu nên tán sắc sắc thể bằng không.

Ở bước sóng 1500nm tán sắc chất liệu khoảng 20ps/nm.km.


16

12

8

4

0

-4

-8

-12

-16

d (Ps/nm.km)

1200 1300 1400 1600

Dmat

Dchr=dmoddwg


2.2.2. Tán sắc ống dẫn sóng (Waveguide Dispersion)

Hình 2.3 Tán sắc ống dẫn sóng

Đối với sợi đơn mode, khi nói đến tán sắc sắc thể, ngoài tán sắc chất liệu còn phải xét đến tán sắc dẫn sóng. Khi ánh sáng được ghép vào sợi quang để truyền đi, một phần chính truyền trong phần lõi sợi, phần nhỏ truyền trong phần lớp vỏ với những vận tốc khác nhau do chiết suất giữa phần lõi và vỏ của sợi quang khác nhau(Hình 2.3). Sự khác biệt vận tốc truyền ánh sáng gây nên tán sắc ống dẫn sóng.

Tán sắc dẫn sóng DW là một thành phần đóng góp vào tham số tán sắc D, nó phụ thuộc vào tần số chuẩn hóa V ( tham số V ) của sợi quang. Tán sắc dẫn sóng DW được tính theo công thức sau:

Với: n2g là chỉ số nhóm của vật liệu.

b là hằng số lan truyền chuẩn.

Với là chỉ số mode, có giá trị nằm trong dải

β = n.k0 là hằng số lan truyền dọc theo trục sợi.

k0 = 2π/λ là hằng số lan truyền trong không gian tự do.

∆ là giá trị chênh lệch chiết suất. Được giả thiết là tham số không phụ thuộc vào tần số, ∆ = ( n1 – n2 )/n1.



V là tần số chuẩn hóa hay tham số V hay số V.

Ảnh hưởng của tán sắc dẫn sóng lên độ giãn xung có thể được khảo sát trong điều kiện giả thiết rằng: chỉ số chiết suất của vật liệu không phụ thuộc vào bước sóng.

2.3.Tán sắc phân cực mode ( Polarization Mode Dispersion )

Tán sắc mode phân cực là một đặc tính cơ bản của sợi quang và các thành phần sợi quang đơn mode trong đó năng lượng tín hiệu tại một bước sóng nào đó bị phân thành hai mode phân cực trực giao. Nguyên nhân chính dẫn đến sự phân cực trực giao này là do cấu trúc không hoàn hảo của sợi quang, được gọi là sự chiết quang. Sự khác biệt về chiết xuất sẽ sinh ra vận tốc mode khác nhau, vận tốc truyền của hai mode khác nhau nên thời gian truyền cùng khoảng cách là khác nhau gây ra trễ nhóm . Vì vậy PMD gây nên hiện tượng giãn rộng xung tín hiệu làm giảm chất lượng truyền dẫn. Về phương diện này ảnh hưởng của PMD cũng giống như ảnh hưởng của tán sắc ống dẫn sóng.

Hình 2.4 Minh họa tán sắc phân cực mode

Sự dãn xung có thể được xác định từ thời gian trễ ∆T giữa hai thành phần trực giao trong khi truyền xung. Với sợi quang có độ dài L thì ∆T được tính như sau:



Trong đó: chỉ số phụ x, y dùng để phân biệt hai mode phân cực trực giao.

∆β1 được gắn liền với sự khác nhau trong vận tốc nhóm cùng với hai trạng thái chính của sự phân cực.

Sự liên hệ giữa vận tốc nhóm vg với hằng số lan truyền β được cho bới công thức sau:

vg = ( dβ/dω )-1

Do vậy lượng ∆T/L chính là số đo của PMD. Đối với các sợi duy trì phân cực thì ∆T/L là hoàn toàn lớn ( ~ 1 ns/km ) khi hai thành phần phân cực được kích thích bằng nhau tại đầu vào sợi nhưng có thể bị giảm tới không bằng việc phát xạ ánh sáng dọc theo một trong các trục cơ bản.

Nhưng công thức ( 2.13 ) không thể dùng một cách trực tiếp để xác định PMD đối với các sợi quang tiêu chuẩn trong mạng viễn thống là do tính ghép ngẫu nhiên giữa hai mode được sinh ra từ sự xáo trộn ngẫu nhiên của lưỡng chiết xảy ra dọc theo sợi. Việc ghép có khuynh hướng làm cân bằng thời gian lan truyền cho hai thành phần phân cực dẫn đến giảm PMD. Trong thực tế thì PMD được đặc trưng bởi giá trị căn trung bình bình phương RMS của ∆T thu được sau khi lấy trung bình những xáo trộn ngẫu nhiên. Kết quả thu được như sau:

Ở đây lc là độ dài tương quan được định nghĩa như là độ dài qua hai thành phần phân cực có mỗi tương quan; giá trị của nó có thể biến đổi trên dải rộng từ 1m đến 1km đối với các sợi khác nhau, giá trị đặc trưng ≈ 10m.

Đối với các khoảng cách ngắn như z << lc , σT = ( ∆β1 ).z từ công thức (2.14), như mong đợi đối với sợi duy trì phân cực. Đối với khoảng cách z > 1km, sự đánh giá tốt nhất của xung mở rộng thu được sử dụng z >> lc. Cho độ dài sợi là L, σT được tính xấp xỉ thành:

Trong đó : Dp là tham số tán sắc phân cực với các giá trị tiêu biểu nằm trong khoảng D p = 0,1 ÷ 1 ps/ km1/2. Do có sự phụ thuộc L1/2 nên sự dãn xung do PMD là tương đối nhỏ so với các hiệu ứng GVD. Tuy nhiên PMD có thể trở thành nhân tố giới hạn cự ly xa của các hệ thống thông tin sợi quang hoạt động trên các khoảng cách dài ở những tốc độ bit cao. Ngoài ra trong một số trường hợp PMD có thể làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính hệ thống do dãn xung qua mức



Như vậy ta có thể tổng kết lại như sau:

Tán sắc sắc thể chỉ xảy ra đối với sợi đơn mode, đối với sợi đa mode tất cả các loại tán sắc đều có thể xảy ra.

- Tán sắc mode: Do năng lượng của ánh sáng phân tán thành nhiều mode. Mỗi mode lại truyền với vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian truyền khác nhau.

- Tán sắc sắc thể: Do tín hiệu quang truyền trên sợi không phải là đơn sắc mà gồm một khoảng bước sóng nhất định. Mỗi bước sóng lại có vận tốc truyền khác nhau nên thời gian truyền cũng khác nhau.

- Tán sắc phân cực mode: Được gây ra do sự phân cực của ánh sáng. Hai phần phân cực của ánh sáng được lan truyền trong sợi quang với tốc độ khác nhau

Độ tán sắc tổng cộng: Dt = Dmode + Dchr + Dpol

Kết luận : Tán sắc gây ra những ảnh hưởng rất lớn đến các hệ thống thông tin quang tốc độ cao nói chung và hệ thống WDM nói riêng. Chúng làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng như tốc độ của hệ thống, thêm nữa chúng có thể gây ra lỗi bit, gây xuống cấp nghiêm trọng các đặc tính của hệ thống. Nhằm hạn chế và loại bỏ chúng, chúng ta cần phải áp dụng những phương pháp bù phù hợp để sao cho có thể bù được toàn diện nhất. Đối với các hệ thống WDM chúng ta cần phải chú trọng hơn hết đến các tán sắc bậc cao và tán sắc mode phân cực, chúng là những tán sắc chính gây ra những ảnh hưởng xấu đến chất lượng, cũng như đặc tính của hệ thống này.

CHƯƠNG 2



1.Khái niệm các bộ lọc quang học :

Một bộ lọc quang là thiết bị chỉ cho phép một bước sóng duy nhất truyền qua còn tất cả các bước sóng khác đều bị chặn lại.

Nguyên lý cơ bản nhất của bộ lọc là sự tự giao thoa giữa các tín hiệu,bước sóng hoạt động của bộ lọc sẽ được cộng pha nhiều lần khi đi qua nó,các kênh bước sóng khác, ngược lại, sẽ bị triệt tiêu về pha.

Tùy theo khả năng điều chỉnh kênh bước sóng hoạt động,người ta chia bộ lọc làm hai phần : cố định (fixed filter)và bộ lọc điều chỉnh được(tunable filter). Bộ lọc cố định chỉ cho một bước sóng cố định đã được định trước truyền qua, còn với loại bộ lọc thay đổi được thì chúng ta có thể chọn bước sóng được phép truyền qua nó. Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu các bộ lọc ứng dụng được tính chất độ lợi phẳng của EDFA, vì các bộ lọc trong thực tế đều được đặc tính hóa theo các tham số mà chúng ta khảo sát ở đây.

1.1 Bộ lọc cố định

Hầu hết các kỹ thuật dùng để tạo ra các bộ ghép và phân kênh WDM đều được dùng để chế tạo bộ lọc quang.

1.1.1 Bộ lọc Fabry-Perot :

Những bộ lọc này được tạo ra dựa theo các bộ cộng hưởng Fabry-Perot(FB). Bước sóng truyền qua bộ lọc được tính theo công thức sau:

(2.1)

với L là chiều dài khoang, N là một số nguyên. Bộ cộng hưởng FB chỉ cho phép truyền qua những bước sóng nào thoã mãn điều kiện cộng hưởng được dự báo theo công thức 4.1. Khoảng cách giữa hai bước sóng cộng hưởng kế tiếp nhau là:

Hàm truyền đạt của một bộ lọc FB tính được từ công thức sau:

(2.2)


Otical filter

λ1,λ2…λN λk(1≤k≤N)

Hình 2.1: Bộ lọc quang


với là suy hao bên trong, R là hệ số phản xạ, L là chiều dài khoang và là vận tốc ánh sáng

truyền trong hốc, bằng c/n với n là chiết suất môi trường. Rõ ràng TFPF là một hàm tuần hoàn, chu kỳ của nó (FSR) bằng:

(2.3)

Hàm truyền TFPF được trình bày trên hình sau.

Cần lưu ý vai trò của hệ số phản xạ: Hệ số phản xạ càng cao thì các đặc tính kỹ thuật truyền dẫn thể hiện càng rõ nét. Kỹ thuật dùng màng mỏng được sử dụng để làm tăng hệ số phản xạ của các gương FP.

Băng thông 3dB của mỗi đỉnh của một TFPF nhận được từ công thức sau:

(2.4)

Ở đây ta đã bỏ qua suy hao . Phẩm chất của bộ lọc FP được gọi là (F), được xác định như sau:

(2.5)

Với FPF có độ phản xạ cao, F xấp xỉ bằng số kênh mà bộ lọc có thể đáp ứng được. Giá trị của F thường nằm trong khoảng 20 đến 120 và có thể tăng cao hơn nữa.

1.1.2 Bộ lọc nhiễu màng mỏng:

Bộ lọc này phụ thuộc vào ảnh hưởng của nhiễu giữa các sóng ánh sáng phản xạ từ các lớp mỏng khác nhau, được thể hiện trên hình sau.


FSR R=0,3

R=0,5

R=0,99

-1 0 1

1,0

0,5

Hình 2.2


Nếu bề dày của các lớp này bằng 4 thì anh sáng bước sóng sẽ có độ dịch pha tương ứng sau khi

qua mỗi lớp là khi góc tới bằng 0. Sóng phản xạ ngược pha so với sóng tới, chúng giao thoa triệt

tiêu lẫn nhau. Nói cách khác là bước sóng truyền qua được màng lọc trong khi các bước sóng khác

thì không. Cấu trúc nhiều lớp như trên làm tăng hiệu quả và làm cho các đặc tính truyền dẫn của bộ lọc gần lý tưởng hơn. Kỹ thuật này đã được sử dụng trong nhiều năm và có rất nhiều ứng dụng.

Nếu mỗi lớp có bề dày bằng thì sóng tới và sóng phản xạ đồng pha nhau nên biên độ tín hiệu

được tăng lên. Khi đó các màng mỏng có độ phản xạ cao được sử dụng để tạo ra bộ lọc khoang cộng hưởng Fabry-Perot.

1.1.3 Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF)

Bộ lọc màng mỏng TFMF (Thin-film filter) cũng là 1 dạng của giao thoa kế Faby-perot,trong đó các gương bao quanh hốc cộng hưởng được thực hiện bằng nhiều lớp màng mỏng điện môi có thể phản xạ được.Bô lọc này là bộ lọc dải thông chỉ cho một bước sóng nhất định đi qua và phản xạ các bước sóng còn lại.Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF) gồm nhiều hốc cộng hưởng cách nhau bằng các màng mỏng điện môi phản xạ như hình minh họa (trong hình 2.4 trong bài báo cáo).Số hốc cộng hưởng càng nhiều thì hàm truyền đạt công suất có đỉnh càng phẳng trong dải thông và có độ dốc càng đứng .

Những bộ lọc này gồm nhiều khoang FP, làm cho các đặc tính truyền dẫn của bộ lọc tiến gần đến trường hợp lý tưởng.Một bộ lọc cộng hưởng màng mỏng (TFF) là một bộ giao thoa Fabry Perot. Với các gương là các lớp màng mỏng điện môi phản xạ. Nó hoạt động như một bộ lọc băng thông cho một số bước sóng đi qua còn các bước sóng khác bị phản xạ lại. Các bước sóng truyền qua được xác định nhờ chiều dài của hốc cộng hưởng. Một bộ lọc màng mỏng nhiều hốc cộng hưởng (TFMF) gồm nhiều hốc cộng hưởng được ngăn cách bởi các lớp màng mỏng điện môi phản xạ như hình sau :


Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiễu trong bộ lọc màng mỏng

λ/4

λ/4


Hình 2.5: Hàm truyền đạt công suất đối với các trường hợp gồm: 1,2,3 khoang cộng hưởng

Hàm truyền đạt của các bộ lọc mang mỏng có một,hai và ba hốc cộng hưởng.

Việc tăng càng nhiều hốc cộng hưởng giúp cho đỉnh của dải thông càng phẳng và cạnh sườn càng dốc. Đây là hai đặc điểm mong muốn của bộ lọc.

Để tạo các bộ ghép và bộ tách, ta ghép các bộ lọc được ghép theo kiểu cascade với nhau như hình


Hình 2.4: Cấu tạo bộ lọc gồm có 3 khoang cộng hưởng


Hình 2.6: Bộ lọc ghép/tách kênh được tạo từ các bộ lọc màng mỏng điện môi

Trong bộ tách, bộ lọc thứ nhất sẽ cho một bước sóng đi qua và phản xạ tất cả các bước sóng còn lại. Đến ngỏ vào bộ lọc thứ hai lại có thêm một bước sóng nữa được truyền qua còn tất cả các bước sóng còn lại cũng bị phản xạ lại, và cứ tiếp tục như vậy.

Phần tử này có nhiều ưu điểm: dải thông phẳng, cạnh sườn dốc, ổn định đối với nhiệt độ, suy hao thấp, nhạy cảm với trạng thái phân cực của tín hiệu. Các thông số cho một bộ ghép 16 kênh được cho trong bảng

Một bộ lọc nhiều khoang sử dụng màng mỏng điện môi (TFMF) là thiết bị được cấu tạo từ nhiều khoang FP và sự phản xạ xảy ra do nhiều lớp màng mỏng bên trong (Xem hình trên). Cấu trúc như vậy tận dụng được mọi ưu điểm về đặc tính truyền dẫn của nhiều lớp màng phản xạ mỏng và nhiều khoang FP.

1.2 Các bộ lọc thay đổi được

Đây là loại bộ lọc có khả năng chọn lựa bước sóng truyền qua nó. Những bộ lọc này là loại phần tử tích cực vì chúng đòi hỏi phải có nguồn cung cấp từ bên ngoài. Tuy nhiên chúng ta vẫn khảo sát chúng trong phần này vì chức năng của chúng cũng tương tự với các loại bộ lọc đã học.

Một tập hợp các bước sóng đi vào bộ lọc, một bộ phận điều khiển việc lựa chọn bước sóng mong muốn.

Chúng ta cần loại bộ lọc này cho 2 mục đích: lọc các kênh bước sóng trước các máy thu và xây dựng một mạng chuyển mạch quang linh động.

Tốc độ điều chỉnh phụ thuộc vào kiểu mạng mà chúng ta sử dụng. Mạng chuyển mạch quang đang sử dụng yêu cầu tốc độ tương đối thấp, thời gian chuyển mạch tính bằng ms. Còn mạng chuyển mạch gói thì có thời gian chuyển mạch cỡ µs và thậm chí là ns nên đòi hỏi 1 tốc độ cao hơn. Bộ lọc điều chỉnh được còn có 1 số ứng dụng khác như: trong các đường dây trễ, lazer sợi thay đổi được, các thiết bị đo lường,…



1.2.1 Bộ lọc điều chỉnh được Fabry-Perot

Bộ lọc Fabry-Perot gồm một khoang được tạo bởi hai gương có hệ số phản xạ cao đặt song song với nhau. Ánh sáng đi vào gương thứ nhất, một phần đi qua gương thứ hai, phần còn lại được phản xạ qua lại giữa hai bề mặt của hai gương. Bộ lọc dạng này gọi là giao thoa kế (interferometer) hay vật chuẩn ( etalon) Fabry-Perot.

Chúng ta đã biết bước sóng trung tâm của bộ lọc cố định FP phụ thuộc vào chiều dài L của khoang cộng hưởng FP, N=2L/N. Như vậy thì để tăng bước sóng trung tâm ta chỉ cần tăng L. Sự tăng này được điều khiển bởi piezoceramic. Những piezoceramics này thay đổi chiều dài theo điện áp đặc vào chúng, do đó bước sóng lọc cũng thay đổi theo. Loại thiết bị này được gọi là bộ lọc Fabry-Perot sợi (FFB). Ưu điểm của bộ lọc này là có khoảng động lớn, tốc độ điều chỉnh nhanh, PDL thấp. Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là độ ổn định và tỷ số triệt sóng phụ thấp.

Công thức 4.1 xác định bước sóng trung tâm của bộ lọc FB, N=2L/N, ở đây L là chiều dài quang học của 1 khoang, L=Lon với Lo là chiều dài hình học của khoang và n là chiết suất của môi trường trong khoang. Do đó, nếu chúng ta có thể điều khiển được n thì cũng đồng nghĩa với điều khiển được bộ lọc. Tinh thể lỏng có chứa sắt có thể thay đổi chiết suất theo tín hiệu điện rất thích hợp cho bộ lọc này. Các đặc tính kỹ thuật của bộ lọc này rất tốt và nó được dành cho trường hợp số lượng lớn.

1.2.2 Cách tử nhiễu xạ

Khả năng điều chỉnh của 1 cách tử nhiễu xạ được xác định bởi công thức : dsin=m với m Z. Trong thực tế, cách thay góc là làm nghiêng cách tử. Các đặc tính của bộ lọc này đều thoả mãn, trong đó có 1 ưu điểm chính là có khoảng động rộng.

1.2.3 Cách tử Bragg sợi (FBG)

Cách tử Bragg được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin quang. Mọi sự biến đổi tuần hoàn trong môi trường truyền sóng (thường là biến đổi tuần hoàn chiết suất môi trường ) đều có thể hình thành cách tử Bragg.

Ta thấy có thể điều chỉnh 1 FBG bằng cách thay đổi bước cách tử . Và ta có thể thay đổi bằng cách dùng lực kéo và nung nóng cách tử. Ưu điểm của bộ lọc này là suy hao thấp, dễ dàng thực hiện ghép bước sóng, băng thông hẹp và độ phân giải cao, còn nhược điểm là khoảng động nhỏ nhưng có thể khắc phục bằng cách sử dụng nhiều tầng FBG.



1.2.4 Bộ lọc điều chỉnh Mach-Zehnder(MZF)

Cấu hình cơ bản được trình bày trên hình sau.

Hình 2.7: MZI được tạo thành bằng cách kết nối các couplers 3dB

Người ta sử dụng cấu hình đối xứng của 1 máy đo giao thoa Mach-Zehnder để chế tạo 1 MZF điều chỉnh được. Việc điều chỉnh được thực hiện bằng cách thay đổi chiết suất của 1 nhánh: nung nóng hoặc sử dụng vật liệu quang điện. Đặc tính của bộ lọc này rất tốt.

1.2.5 Bộ lọc quang âm học (AOTF):

Bộ lọc này đặt cơ sở chủ yếu trên cách tử Bragg cách tử được tạo bởi sóng âm. Bộ lọc này chuyển đổi sóng TE thành TM và ngược lại.

Hình 2.8 : Một AOTF đơn giản

Nguyên lý hoạt động của 1 AOTF: 2 ống dẫn sóng Titan(Ti) chế tạo theo cấu hình Mach-Zehnder được khắc vào 1 bán dẫn LiNbO3. ánh sáng vào bộ lọc được tách thành các sóng TE & TM bằng 1 bộ phân cực ngõ vào. Sóng TE truyền theo nhánh trên còn sóng TM truyền dọc theo nhánh dưới. Bộ chuyển đổi tạo ra 1 sóng âm bề mặt (SAW). Sóng này gây ra sức căng trong LiNbO3, tạo ra trạng thái xáo trộn định kỳ chiết suất của LiNbO3. Trạng thái xáo trộn này giống như cách tử Bragg động. Do sự tương tác với cách tử, công suất từ mode TE với bước sóng thoả điều kiện cộng hưởng được chuyển thành mode TM và ngược lại. Bộ phân cực ngõ ra có nhiệm vụ kết hợp các mode TE & TM ở ngõ ra.

Điều kiện cộng hưởng:



m = ( n) (2.6)

m là bước sóng được chọn, là bước cách tử tạo bởi sóng âm và n=nTE-nTM là độ chênh lệch chiết suất của LiNbO3 đối với các mode TE & TM.

Loại bộ lọc có thể điều chỉnh được đặc trưng bởi một số thông số chính sau:

Khoảng động còn gọi là khả năng thay đổi bước sóng (nm): là tập hợp các bước sóng mà bộ lọc có thể điều khiển.

Băng thông (BW).

Số kênh làm việc: là tỷ số giữa khoảng động và khoảng các kênh tối thiểu được xác định bởi 1 mức xuyên nhiễu yêu cầu.

Tốc độ điều chỉnh: được đo bằng thời gian cần để tăng 1 bước sóng cần thiết.

Suy hao hay suy hao xen (dB): được tính theo công thức

IL12=-10log(p1/p2)

Suy hao do phân cực (PDL-dB): .

Tỷ số triệt sóng phụ (SSR-dB): là tỷ số giữa công suất max của đỉnh kế cận đầu tiên và công suất của đỉnh chính.

Độ phân giải: là độ dịch tối thiểu của 1 bước sóng mà bộ lọc có thể phát hiện được.



CHƯƠNG 3

1 Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng bộ lọc quang

1.1 Nguyên lý bù của Bộ Lọc Quang :

Có ba kỹ thuật quản lý tán sắc cơ bản đó là xử lý tại đầu phát, xử lý tại đầu thu và xử lý trên đường truyền. Bù tán sắc bằng bộ lọc thuộc kỹ thuật quản lý tán sắc trên đường truyền.

Hình 3.1 :Mô hình minh họa Bộ Lọc Quang trong hệ thống thông tin quang

Tín hiệu quang truyền đi xa trên đường dây sẽ phát sinh ra vấn đề suy hao và tán sắc. Do đó thông thường sau một khoảng cách truyền cố định sẽ có bộ khuyếch đại nhằm tăng công suất, biên độ…tín hiệu.Qua đó ta thấy việc giải quyết suy hao bằng bộ khuyếch đại là hoàn toàn khả thi. Theo sơ đồ hình 3.1 trên đường truyền sau bộ khuyếch đại có bố trí thiết bị bù tán sắc chính là Bộ Lọc Quang.

Cách thức hoạt động của bộ lọc có thể khái quát như sau : Tín hiệu truyền đi từ Bộ Phát Quang sau khi truyền một khoảng cách xa thì tín hiệu sẽ ảnh hưởng nhiều bởi suy hao và tán sắc. Bộ Lọc Quang đặt kề sát sau Bộ Khuyếch Đại cho nên tín hiệu sau khi được khuếch đại sẽ tiếp tục bù tán sắc bằng thiết bị lọc quang.Quà trình này có thể lặp lại nếu khoảng cách xa.Do đó ở phía thu sẽ thu được tín hiệu không có hiện tượng chồng lấp xung.

1.2 Cơ sở toán học của bù bằng Bộ Lọc Quang :

Bù tán sắc bằng bộ lọc quang là giải pháp hiệu quả nhất nhằm bù GVD ( tán sắc vận tốc nhóm ). Các bộ lọc thường được sử dụng là các bộ lọc giao thoa.

Cho nên bộ lọc quang có hàm chuyển đổi loại bỏ thành phần pha và lưu lại tín hiệu ban đầu.

Ta có phương trình lan truyền xung như sau: 0.6

.2 3

33

2

22

t

A

t

Ai

z

A (3.1)

Với A là biên độ đương bao của xung



β3 là tán sắc bậc ba, thông thường có thể bỏ qua khi , giải phương trình trên ta được

:

(3.2)

nếu bỏ qua β3 thì phương trình trên không có số hạng chứa β

và là biến đổi fourier của A(0,t). Ta viết lại phương trình (3.2):

Như vậy tán sắc là do hệ số pha gây ra,vậy mục đích của bù tán sắc là loại bỏ hệ số

pha đó để tín hiệu ngõ vào có thể khôi phục tại ngõ ra.

Như phương trình (4.2):

ta thấy tán sắc vận tốc nhóm (GVD) ảnh hưởng đến tín hiệu quang thông qua phổ pha là

. Nếu bộ lọc quang mà hàm truyền đạt của nó loại bỏ được pha này thì sẽ khôi phục

lại được tín hiệu, nhưng không có bộ lọc quang nào có hàm truyền đạt thích hợp để bù tán sắc do vận tốc nhóm gây ra một cách chính xác. Tuy nhiên vẫn có nhiều bộ lọc quang có thể bù một phần GVD nhờ vào hàm truyền đạt lý tưởng.

Ta xét bộ lọc quang với hàm truyền đạt nếu bộ lọc này được đặt sau sợi có chiều dài L thì tín

hiệu quang sau bộ lọc có thể biểu diễn bằng phương trình sau:

(3.3)

Khai triển Taylor pha của đến số hạng bậc hai:

(3.4)



với tại tần số sóng mang .Vì hằng số pha và độ trễ về thời gian

không ảnh hưởng đến hình dạng xung và có thể bỏ qua. Khi này hàm truyền đạt có thể biểu diễn

như sau:

(3.5)

Để có thể bù độ dịch pha do GVD gây thì ta phải triệt tiêu thành phần phổ pha đó trong phương trình (6.4), hay nói cách khác là:

* = 0

Như vậy phổ pha của sợi có thể bù bằng cách chọn bộ lọc quang có và xung sẽ khôi phục

chỉ khi và các số hạng bậc cao hơn bậc ba trong khai triển Taylor của phương trình (6.6) là

không đáng kể. Khi đó xung sẽ được khôi phục hoàn toàn

=

2.Một số loại bộ lọc dùng để bù tán sắc

Các bộ lọc có thể được tạo ra nhờ việc sử dụng giao thao kế. Nó hoạt động như là một bộ lọc quang bởi vì đặc tính truyền phụ thuộc vào tần số của nó. Đối với việc bù tán sắc chúng ta cần hàm truyền

đạt có pha phụ thuộc tần số, điều này có thể đạt được bằng cách cho ánh sáng đi qua lại nhiều

lần giữa hai mặt phản xạ trong giao thoa.

2.1 Giao thoa kế Fabry Perot (FP).Giao thoa kế Fabry Perot phản xạ, thường được gọi là bộ giao thoa kế GT (Gires Tournois), được thiết kế gồm một gương phản xạ một phần ở phía trước và một gương phản xạ toàn phần đặt ở phía sau.

a) Cấu tạo của bộ lọc Fabry Perot

Bộ lọc Fabry – Perot bao gồm một hốc được tạo ra do đặt hai gương song song nhau có độ phản xa cao. Đây còn được gọi là bộ lọc giao thoa Fabry – Perot.



Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của bộ lọc Fabry Perot

Tín hiệu vào đến mặt bên trái của hốc, sau đó truyền qua hốc, một phần ánh sáng thoát ra ngoài ở mặt bên phải và một phần ánh sáng phản xạ quay lại giữa hai mặt.

b) Nguyên lý bù tán sắc của bộ lọc Fabry Perot:

Hàm truyền đạt của bộ lọc này là:

(3.7)

Trong đó:

H0 là một hằng số dùng để đánh giá tổng suy hao.

là độ phản xạ gương trước.

T là thời gian đi vòng ở trong hốc cộng hưởng FP. Vì không phụ thuộc vào tần số,

cho nên chỉ có pha phổ được thay đổi bởi bộ lọc FP.

Tuy nhiên, pha của khác nhiều so với lý tưởng. Đây là hàm có tuần hoàn và đạt giá trị

đỉnh tại đỉnh cộng hưởng của FP. Trong vùng lân cận của mỗi đỉnh, vùng phổ tồn tại trong đó pha

thay đổi như một hàm bậc hai. Trong thực tế, khi khai triển Taylor ta có được cho bởi

phương trình sau:

Nguyên lí bù tán sắc bằng bộ lọc quang: Khi ánh sáng tới bị tán sắc trước khi vào bộ lọc quang Fabry-Perot thì theo nguyên tắc hoạt động của bộ lọc thì nó sẽ cho một phần ánh sáng đi qua và phần còn lại sẽ phản xạ liên tục giữa hai bề mặt phản xạ của giao thoa kế và cứ mỗi lần phản xạ như thế thì ánh sáng sẽ đi qua được gương thứ hai của giao thoa kế kết quả là chùm ánh sáng ra tại ngõ ra gương 2 của bộ lọc đều được cộng đồng pha với nhau, Điều này thực hiện được bằng cách thay đổi chiết suất n bằng cách dùng tinh thể lỏng điện – từ để lấp đầy khoang cộng hưởng chiếc suất của tinh thể lỏng điện – từ sẽ thay đổi khi có dòng điện chạy qua hoặc là thay đổi chiều dài L của



khoang cộng hưởng bằng cách dùng một cặp điện cực bằng gốm áp vào hai mặt của khoang cộng hưởng

Hình 3.3 : Quá trình cộng hưởng xung ánh sáng qua bộ lọc Fabry – Perot

Ví dụ : một hốc cộng hưởng FP dài 2cm (T); r =0.8 thì ta được ;có thể bù được GVD

cho 110km sợi chuẩn.

Nhưng do suy hao cao, băng thông hẹp của bộ lọc FP nên nó hạn chế trong các hệ thống thông tin quang thực tế.



2.2 Giao thoa Mach-Zehnder (MZ)

Hình 3.4 Mạch ánh sáng Planar sử dụng chuỗi các mạch MZI(a), trong của thiết bị(b)

Một giao thoa toàn bằng sợi có thể được tạo ra bằng việc ghép nối tiếp các Coupler 3dB như hình 3.3 Trong đó Coupler đầu dùng để chia tín hiệu vào thành hai phần bằng nhau và ta được sự dịch pha khác nhau nếu chiều dài nhánh khác nhau trước khi đưa vào Coupler thứ hai. Tín hiệu có thể biến mất ở một trong hai ngõ ra của Coupler tùy vào tần số tín hiệu vào và chiều dài nhánh. Hàm truyền đạt đối với một cổng là:

Với τ là độ trễ trong nhánh dài hơn của giao thoa MZ. Một giao thoa không hoạt động như một bộ

cân bằng quang, nhưng nối chuổi chúng tạo thành một bộ cân bằng rất tốt. Các bộ lọc này được tạo ra

dưới dạng mạch ánh sáng Planar bằng cách dùng ống dẫn sóng Silica.

Hình 6.3a là sơ đồ thiết bị có kích thước 52x71mm

2

, suy hao của một chip khoảng 8dB. Nó gồm 12

Coupler có chiều dài các nhánh không đối xứng được mắt nối tiếp. Chromium được đặt trên một



nhánh của mỗi giao thoa MZ để điều khiển pha ở chế độ quang. Ưu diểm đối với loại thiết bị này là

đặc điểm cân bằng tán sắc của nó có thể điều khiển bằng việc thay đổi chiều dài nhánh và số lượng

giao thoa MZ.

Nhìn hình 3.3 ta thấy thiết bị được thiết kế để các thành phần tần số cao hơn lan truyền trong nhánh

dài hơn của giao thoa MZ, nên chúng sẽ trễ nhiều hơn các thành phần tần số thấp hơn đi ở tuyến ngắn

hơn. Cơ chế này ngược lại với sự lan truyền trong sợi quang ở chế độ tán sắc.

Năm 1994 mạch Planar với năm giao thoa MZ tạo được độ trễ tối đa là 836ps/nm với chiều dài chỉ

vài cm, có thể bù được 50km sợi chuẩn.

Giới hạn chính của thiết bị này là băng thông tương đối hẹp (10GHz) và khá nhạy với phân cực ngõ

vào. Tuy nhiên nó có thể hoạt động như một bộ lọc quang lập trình được trong đó GVD cũng như

bước sóng hoạt động có thể hiệu chỉnh được. Trong một thiết bị GVD có thể thay đổi từ -1006 đến

830ps/nm.



3 Nhận xét đánh giá kết quả sau khi bù tán sắc bằng Bộ Lọc Quang:

3.1 Bù bằng bộ lọc quang âm học OAPF:

3.1.1. Giới thiệu chung .Sơ đồ khối:

Hình 3.5 – Sơ đồ khối tín hiệu quang trước khi bù

Độ Tán sắc trong một sợi quang đơn mode là cổ chai của những hệ thống thông tin quang đường dài, nó giới hạn tốc độ bit và khoảng cách lặp lại ít hơn . Sự suy hao trong sợi quang đơn mode, được bù bởi sự phát minh ra bộ khuếch đại quang sợi pha tạp erbium (EDFA).Hầu hết sợi quang đơn mode



đã được thiết lập không có sự phân tán tại một bước sóng hoạt động là 1,31 µm. Khi hệ thống phân chia theo bước sóng (WDM) đã được giới thiệu để tăng băng thông cáp quang, bước sóng hoạt động tới 1,55 µm do vùng suy hao thấp của sợi quang và vùng bước sóng hoạt động của EDFA . Tại bước sóng hoạt động 1,55 µm phân tán trong một sợi quang đơn mode được gọi là tán sắc và nó sẽ dẫn đến xung lan truyền và nguyên nhân gây giao thoa. Tán sắc được tạo thành từ tán sắc vật chất và sự tán sắc ống dẫn sóng như Hình 4a. Hiện tượng của các bước sóng khác nhau truyền đi ở tốc độ khác nhau do sự biến thiên của chỉ số khúc xạ của sợi quang đơn mode được biết đến như là tán sắc vật chất . Hơn nữa, một tỷ lệ của ánh sáng cũng sẽ di chuyển trong lớp bao phủ của sợi quang đơn mode, cái này có một chỉ số khúc xạ khác nhau so với lõi và cho ra kết quả được gọi là sự tán sắc ống dẫn sóng . Tại 1,31 µm, tán sắc của sợi quang đơn mode là bằng không bởi vì sự phân tán của ống dẫn sóng bị triệt tiêu từ vật liệu tán sắc. Tuy nhiên hoạt động bước sóng 1,55 µm thì tán sắc là 17ps/nm-km đây là giá trị mở rộng trong pico giây, nó xảy ra trong một xung với chiều rộng quang phổ nguồn quang học của một nm sau khi truyền thông qua 1km của sợi quang. Ví dụ trong trường hợp của một tia laser có tần số duy nhất và giả định rằng chiều rộng quang phổ do điều chế là lớn hơn nhiều so với chiều rộng quang phổ của nguồn quang có sẵn, trong đó B là tốc độ bit, L là chiều dài sợi quang đơn

mode, C là vận tốc của ánh sáng, D là hệ số phân tán và là bước sóng hoạt động. Chiều dài của sợi

quang đơn mode với hệ thống khác nhau được thể hiện trong Bảng 1. Tóm lại, tăng gấp đôi tỷ lệ bit (B) sẽ làm giảm chiều dài (L) của đường truyền quang và tại bước sóng 1,55 µm, tán sắc là yếu tố hạn chế chiều dài khoảng lặp lại của một hệ thống truyền quang học.

Tán sắc vật liệu Tán sắc ống dẫn sóng Tán sắc ánh sáng

Hình 3.6 - Sự thay đổi của tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn sóng và tán sắc ánh sáng



Bảng 1: Ảnh hưởng của tốc độ bit và khoảng cách truyền.3.1.2. Tối ưu hóa bộ bù OAPF bằng cách sử dụng kỹ thuật Minimun Mean

Square Error (MMSE).Kỹ thuật MMSE là một ước lượng lỗi bình phương trung bình nhỏ nhất có thể có. Ước lượng của

MMSE thì thường được mô tả như là tối ưu. MMSE có thể được sử dụng để tối ưu hóa các thông số của bộ bù OAPF bằng cách so sánh với đáp ứng pha của một bộ cân bằng lý tưởng hoặc với một ngõ ra của bộ lọc raised cosine (RCS).

+ Trường hợp: Tối ưu hóa của bộ bù OAPF bằng cách so sánh với đáp pha của bộ bù lý tưởng.Bộ bù lý tưởng có chức năng truyền ngược của sợi đơn mode. Đáp ứng pha của một bộ cân bằng

lý tưởng như trong hình 3.6 .Pha của nó là đối nhau với đáp ứng pha của sợi đơn mode. Kỹ thuật MMSE có thể ước lượng các thông số của một bộ bù OAPF để cung cấp đáp ứng pha cho bộ bù OAPF tương tự như pha lý tưởng càng nhiều càng tốt.

Các đặc trưng pha của OAPF được thể hiện trong hình 6.2. Bộ bù OAPF này được sử dụng để bù tán sắc của sợi đơn mode tại 160 km. Các đặc trưng pha của sợi đơn mode tại 160 km với xung bù và xung không được bù được vẽ trong hình 6.4. Đáp ứng pha của xung quang học được bù gần bằng không ở tần số thấp hơn, từ 193,495 THz đến 193,500 THz . Tuy nhiên, trong phạm vi tần số cao hơn so với 193,5 THz đáp ứng pha của xung không được bù hoàn chỉnh và kết quả là độ rộng xung lớn hơn trong khu vực biên độ thấp. Chiều rộng xung lớn hơn trong khu vực biên độ thấp sẽ ảnh hưởng đến các xung trong các khe thời gian tiếp theo và do đó gây ra can nhiễu ký tự như hình 4f .

+ Trường hợp : Tối ưu hóa của bộ bù OAPF bằng cách so sánh với ngõ ra của bộ lọc RCS.Đặc tính đầu ra của một bộ lọc RCS là tối đa trong khoảng giữa của khe thời gian được chọn và

bằng không trong các khe thời gian khác.

Pha lý tưởng của bộ bù của sợi đơn mode tại 160 Km



Pha của bộ bù OAPFHình 3.7: Pha của bộ bù lý tưởng và OAPF tại 160 Km

Hình 3.8: Pha của sợi đơn mode.

Pha của xung không được bù

Pha của xung được bùHình 3.9: Pha của xung được bù và không được bù.

3.2. Kế quả sau khi bù.3.2.1. Kết quả và phân tích.Tán sắc của sợi quang đơn mode làm cho phổ của xung gốc trải rộng ra và gây ra can nhiễu giữa

các ký tự đến các khe thời gian khác. 2n mẫu ( với n là 7 bit ) của điều chế OOK dùng mã đường truyền NRZ với tốc độ 10Gb/s được gửi qua khoảng cách 160 Km, và bit thứ tư được quan sát trong trường hợp xấu nhất, trong trường hợp này 2 mẫu “0001000” và “1110111” được gửi. Biên độ cao nhất của bit 0 trong mẫu “1110111” thì cao hơn biên độ của bit 1 trong mẫu “0001000” như trong hình sau :



Hình 3.10 - Quan sát bit thứ 4 trong 7 bit trong trường hợp xấu nhấtKết quả biểu đồ mắt của trường hợp này là sự chồng lên toàn bộ ở bit thứ 4 và lỗi xảy ra hoàn

toàn.Bộ bù là bộ lọc quang thụ động kích hoạch bù tán sắc bằng việc chọn các thông số phù hợp. Bộ

lọc MMSE là một kỹ thuật đầy hứa hẹn trong việc tối ưu hóa các thông số của bộ bù. Đáp ứng pha của bộ bù lý tưởng và ngõ ra của bộ lọc RCS được dùng trong việc tối ưu. Các thông số đạt được, được dùng trong bộ bù và bù xung ngõ ra được trình bày như trong 2 hình sau:

Xung tán sắc Xung được bù bằng bộ bù lọc quang thụ động

Hình 3.11 - Bù xung bằng bộ bù là bộ lọc quang thụ động được tối ưu hóa bởi MMSE với đáp ứng pha là của bộ bù lý tưởng .



Xung gốc

Xung tán sắc Xung được bù bằng bộ bù lọc quang thụ động

Hình 3.12 - Bù xung bằng bộ bù là bộ lọc quang thụ động được tối ưu hóa bởi MMSE với ngõ ra của bộ lọc RCS.

Kết quả đạt được từ hai phương pháp tối ưu trên được thể hiện tại xung ánh sáng ở thời điểm là 100ps được truyền qua sợi đơn mode với khoảng cách là 160 Km, được bù trở lại thời điểm 100ps tại độ rộng phổ. Tuy nhiên phần bên phải của xung thì không được bù hết và gây ra can nhiễu giữa các ký tự, khiến xuất hiện BER.

Xung ngõ ra của bộ bù trong trường hợp so sánh với đáp ứng pha của bộ lọc RCS thì được bù đầy đủ tại độ rộng phổ, nhưng biên độ phần bên phải của xung thấp hơn độ rộng phổ, bị trải rộng ra các khe thời gian kế tiếp. Kết quả này có thể được nhìn thấy từ biểu đồ mắt trong hình sau :

Hình 3.13 - Biểu đồ mắt của sợi đơn mode 160 Km và bộ bù lọc quang thụ động được tối ưu bởi pha lý tưởng .

Độ mở của mắt trong trường hợp này thì nhỏ hơn khi được so sánh với kỹ thuật tối ưu dùng RCS như trình bày trong hình sau :



Hình 3.14 - Biểu đồ mắt của sợi đơn mode 160 Km, Trước và sau khi bù tán sắc. và bộ bù lọc quang thụ động được tối ưu bởi ngõ ra của bộ lọc RCS .

Tuy nhiên, kết quả này vẫn tốt hơn trong trường hợp nếu không dùng bộ lọc quang thụ Động như bộ bù. BER của hệ thống được bù bởi bộ bù trong trường hợp pha lý tưởng xấp xỉ là 10-1 .

Xung ngõ ra của bộ bù trong trường hợp bộ lọc RCS được bù đầy đủ tại độ rộng phổ. Các gợn sóng xuất hiện ở phần bên phải của xung trong các khe thời gian kế tiếp. Tuy nhiên, các gợn sóng này thì nhỏ ( khi xung được lấy mẫu ) trong khoảng giữa của các khe thời gian như kết quả trong biểu đồ mắt trình bày. Mắt này mở rộng hơn sơ đồ mắt trong trường hợp đáp ứng pha lý tưởng .Các gợn sóng không xuất hiện trong khoảng giữa các khe thời gian kế tiếp, từ đây, nhiễu tại đỉnh trên và dưới của mắt thì thấp. Từ biểu đồ mắt, BER được tính dưới 10-9.

3.2.2. Kết luận.Hiện tượng dịch pha trong sợi đơn mode gây ra tán sắc làm giới hạn tốc độ bit và khoảng cách

truyền. Mô phỏng này giả sử cho trường hợp tệ nhất của hệ thống thông tin quang, ở đây xung vuông được áp dụng và chiều dài tối đa của sợi đơn mode là 160 Km, tại điểm này biểu đồ mắt được đóng khi kỹ thuật bù không được áp dụng. Các kết quả thật đáng mong đợi khi kỹ thuật bù tán sắc áp dụng kỹ thuật bộ lọc quang thụ động. Bộ lọc quang thụ động được dùng để bù cho xung bị tán sắc, kết quả là được bù đầy đủ trong độ rộng phổ tại thời điểm 100ps. Kỹ thuật này được cải thiện hơn khi áp dụng MMSE để tối ưu bộ bù. Tuy nhiên, tại biên độ thấp hơn trên phần bên phải của xung, việc ứng dụng bộ lọc quang cho kết quả phổ trải rộng và sinh ra can nhiễu ký tự ảnh hưởng đến BER của hệ thống. Biểu đồ mắt của bộ bù được tối ưu bởi MMSE dùng RCS được trình bày có BER < 10 -9 khi vượt quá 160 Km của sợi đơn mode.



KẾT LUÂN

Quản lý tán sắc là phần việc vô cùng quan trọng khi truyền dẫn bằng hệ thống thông tin quang. Chuyên Đề Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang góp phần mang lại một cái nhìn bao quát về bù tán sắc trong phạm vi của nó.Tán sắc ảnh hưởng đến chất lượng của các hệ thống thông tin quang, vì thế việc bù tán sắc là hết sức cần thiết.

Thông qua việc tìm hiểu bù tán sắc sử dụng bộ lọc quang ta hiểu được cách thức sử dụng bộ lọc để bù tán sắc như thể nào. Tuy nhiên, do thời gian tìm hiểu ngắn, sự hạn chế về tài liệu cũng như kiến thức nên những trình bày trong bài báo cáo còn có những phần chưa hoàn chỉnh. Rất mong nhận được sự nhận xét đánh giá từ Thầy.

Tài liệu tham khảo



[1] Kỹ thuật Thông Tin Quang II của HVCNBCVT _Th.s Đỗ Văn Việt Em

[2] Bài giảng kỹ thuật thông tin quang I của HVCNBCVT _Th.s Nguyễn Đức Nhân

[3] Tài liệu thông tin quang 1 và 2 của Học viện công nghệ bưu chính viễn thông.

[4] Cơ sở kỹ thuật thông tin quang, 2000, Nhà xuất bản bưu điện_TS.Cao Phán, Cao Hồng Sơn

[5] Hệ thống thông tin quang 1 và 2 của TS. Vũ Văn San

[6] Applications of Nonlinear Fiber Optics_ GOVIND P.AGRAWAL

CÁC TỪ VIẾT TẮT :

BW Band Width Băng thông

BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit

LASERLight Amplified and Stimulated Emission of Radiation

Khuếch đại ánh sáng bức xạ kích thích

WDMWavelength Division Multiplexing

Ghép kênh theo bước sóng

GVDGroup Velocity Dispersion

Tán sắc vận tốc nhóm

MMSE MINIMUM MEAN Thuật toán lỗi bình phương tối thiểu



SQUARE ERROR


Documents

Bu Tan Sac Bo Loc Quang.doc