Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 i
LỜI NÓI ĐẦU
Công nghệ mạng quang WDM ra đời đã tạo nên những bƣớc phát triển rất
lớn cho các mạng truyền tải. Với sự ra đời của công nghệ WDM đã đáp ứng đƣợc
những nhu cầu tăng lên rất lớn về băng thông. Ngày nay các hệ thống thông tin
quang đƣờng trục, các hệ thống dung lƣợng 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 đƣợc đặt ra. Tuy nhiên, do một
số những ảnh hƣởng lớn tác động đến hệ thống WDM nên những nhà khai thác
mạng vẫn chƣa tận dụng đƣợc hết những ƣu điểm vƣợt trội của hệ thống này.
Những ảnh hƣởng đó phải kể đến đầu tiên chính là các ảnh hƣởng của tán sắc đối
với hệ thống WDM. Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn cũng nhƣ 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
đƣợc quan tâm. Vì vậy em đã lựa chọn nội dung đồ án tốt nghiệp tập trung nghiên
cứu Các phƣơng pháp bù tán sắc và ứng dụng bù tán sắc trong các hệ thống thông
tin quang tốc độ cao.
Nội dung đồ án của em bao gồm ba chƣơng:
Chƣơng I: Tổng quan về công nghệ WDM
Trong chƣơng này tìm hiểu một số nguyên lý cơ bản của công nghệ WDM,
các cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ cho mạng WDM.
Chƣơng II: Một số ảnh hƣởng đến hệ thống WDM
Tìm hiểu các loại tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến cũng nhƣ những ảnh
hƣởng của tán sắc và các hiệu ứng phi tuyến đối với hệ thống WDM.
Chƣơng III: Các phƣơng pháp bù tán sắc và ứng dụng bù tán sắc trong
hệ thống WDM
Đƣa ra sự cần thiết phải quản lý tán sắc. Tìm hiểu các phƣơng pháp bù tán
sắc nhƣ các mô hình bù trƣớc, các kỹ thuật bù sau, các sợi bù tán sắc, các bộ lọc
quang, các cách tử Bragg sợi, sự kết hợp pha quang. Ứng dụng bù tán sắc trong

các hệ thống sóng ánh sáng đƣờng dài, các hệ thống dung lƣợng lớn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên đồ án
của em không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý
Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 ii
kiến của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin gửi lời
cảm ơn chân thành nhất tới cô giáo Lê Thanh Thủy đã tận tình hƣớng dẫn, giúp
đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án.

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2008
Sinh viên thực hiện

Quách Bá Lâm

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 iii
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU i
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH VẼ v
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM 1
1.1 Nguyên lý cơ bản của WDM 1
1.1.1 Giới thiệu về WDM 1
1.1.2 Sự phát triển của công nghệ WDM 3
1.1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM 5
1.2 Các cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ cho mạng WDM 7
1.2.1 Cấu hình điểm – điểm 7

1.2.2 Cấu hình vòng Ring 8
1.2.3 Cấu hình Mesh 10
CHƢƠNG II: MỘT SỐ THAM SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG HỆ
THỐNG WDM 12
2.1 Tán sắc 12
2.1.1 Giới thiệu chung 12
2.1.2 Tán sắc vật liệu 13
2.1.3 Tán sắc dẫn sóng 15
2.1.4 Tán sắc bậc cao 17
2.1.5 Tán sắc mode phân cực PMD 19
2.2 Các hiệu ứng phi tuyến 22
2.2.1 Giới thiệu chung 22
2.2.2 Hiệu ứng tự điều chế pha SPM 23
2.2.3 Hiệu ứng điều chế xuyên pha XPM 24
2.4.4 Hiệu ứng trộn bốn sóng FWM 25
2.2.5 Hiệu ứng tán xạ Raman ( SRS ) 26
2.4.6 Hiệu ứng tán xạ Brillouin ( SBS ) 28
CHƢƠNG III: CÁC PHƢƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC VÀ ỨNG DỤNG BÙ TÁN
SẮC TRONG HỆ THỐNG WDM 30
3.1 Sự cần thiết phải quản lý tán sắc 30
3.2 Các mô hình bù trƣớc 32
3.2.1Kỹ thuật dịch tần trƣớc 32
3.2.2 Các kỹ thuật mã hóa mới 36
3.2.3 Các kỹ thuật dịch tần trƣớc phi tuyến 38
3.3 Các kỹ thuật bù sau 40
3.4 Các sợi bù tán sắc 42
3.5 Các bộ lọc quang 44
3.6 Các cách tử Bragg sợi 48
3.6.1 Cách tử chu kỳ đều 49
3.6.2 Cách tử sợi dịch tần 52

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 iv
3.6.3 Bộ nối mode dịch tần 56
3.7 Sự kết hợp pha quang 57
3.7.1 Nguyên lý hoạt động 57
3.7.2 Bù của tự điều chế pha SPM 58
3.7.3 Tín hiệu kết hợp pha 60
3.8 Các hệ thống sóng ánh sáng đƣờng dài 64
3.8.1 Ánh xạ tán sắc theo chu kỳ 64
3.8.2 Nguyên lý đơn 66
3.8.3 Các hiệu ứng phi tuyến trong kênh 69
3.9 Các hệ thống dung lƣợng lớn 71
3.9.1 Bù tán xạ băng rộng 71
3.9.2 Bù tán sắc điều hƣớng 74
3.9.3 Quản lý Tán sắc Bậc Cao 77
3.9.4 Bù PMD 80
KẾT LUẬN 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 v
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tốc độ tăng dung lƣợng thoại và số liệu theo thời gian 1
Hình 1.2 Ghép kênh theo bƣớc sóng WDM 3
Hình 1.3 Hệ thống WDM hai kênh. 4
Hình 1.4 Sự phát triển của công nghệ WDM. 4
Hình 1.5 Sự tăng nên của dung lƣợng sợi. 5
Hình 1.6 Màu chức năng WDM 5

Hình 1.7 Kiến trúc điểm – điểm. 8
Hình 1.8 Cấu hình mạng Ring 9
Hình 1.9 UPSR bảo vệ trên vòng ring WDM. 10
Hình 1.10 Các kiến trúc vòng ring, điểm điểm, mesh. 11
Hình 2.1 Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm n
g
thay đổi theo 15
bƣớc sóng ở sợi thủy tinh 15
Hình 2.2 Tham số b và các vi phân của nó d(Vb)/dV và V[d
2
(Vb)/dV
2
] 16
thay đổi theo tham số V 16
Hình 2.3 Tán sắc tổng D và các tán sắc vật liệu DM, DW cho 17
sợi đơn mode thông dụng 17
Hình 2.4 Bƣớc sóng phụ thuộc vào tham số tán sắc D đối với các sợi 19
tiêu chuần, sợi dịch tán sắc, và sợi tán sắc phẳng. 19
Hình 2.5 Hiện tƣợng tán sắc mode phân cực PMD 20
Hình 2.6 : Ảnh hƣởng của hiệu ứng tự điều chế pha SPM 23
Hình 2.7 Ảnh hƣởng của hiệu ứng điều chế xuyên pha XPM 24
Hình 2.8 Hiệu ứng FWM 25
Hình 2.9 Giản đồ năng lƣợng của quá trình tán xạ Raman 26
Hình 2.10 Phổ khuếch đại Raman của sợi Silic ở bƣớc sóng bơm λ
p
=1μm 27
Hình 2.11 Ảnh hƣởng của tán xạ Raman 28
Hình 3.1 Sự thay đổi của tham số mở rộng với khoảng cách truyền 33
cho một xung đầu vào Gaussian dịch tần. 33
Hình 3.2 Sơ đồ kỹ thuật dịch tần trƣớc đƣợc sử dụng để bù tán sắc: 35

(a) đầu ra FM của laze DFB (b) dạng xung do bộ điều chế ngoài tạo ra c) xung
đƣợc dịch tần trƣớc đƣợc sử dụng trong truyền tín hiệu. 35
Hình 3.3 Bù tán sắc sử dụng mã FSK: (a)Tần số và công suất quang của tín hiệu
truyền dẫn.(b) Tần số và công suất của tín hiệu thu và dữ liệu giải mã điện 37
Hình 3.4 Các vạch tuyến dọc của tín hiệu 16 Gb/s đƣợc truyền đi 37
70 km chiều dài sợi tiêu chuần: (a) có và (b) không có SOA gây ra dịch tần. 37
Hình 3.5 Dịch tần áp dụng ngang xung khuếch đại cho một vài giá trị của E
in
/E
sat
.
Một xung đầu vào Gaussian đƣợc thừa nhận cũng nhƣ G0 = 30 dB và βc = 5 39
Hình 3.6 Tán sắc giới hạn khoảng cách truyền dẫn nhƣ là một hàm của công suất
phát đối với các xung Gaussian(m=1) và siêu Gaussian ( m=3 ) ở tốc độ bit là 41
Hình 3.7: (a) Biểu đồ của một DCF có sử dụng sợi mode 44
bậc cao (HOM) và hai cách tử chu kỳ dài (LPG). (b) Phổ tán sắc của DCF 44
Hình 3.8 Quản lý tán sắc trong đƣờng truyền sợi đƣờng dài có sử dụng 46
Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 vi
các bộ lọc quang sau mỗi bộ khuếch đại. Các bộ lọc bù GVD và giảm nhiễu của
bộ khuếch đại. 46
Hình 3.9 (a) Một mạch sóng ánh sáng phẳng sử dụng chuỗi giao thoa 47
Mach-Zehnder; (b) tổng quan thiết bị trải rộng. 47
Hình 3.10: (a) Cƣờng độ và (b) pha của hệ số phản xạ đƣợc mô tả thành hàm điều
hƣớng δ Lg trong cách tử sợi đều với κLg = 2 ( đƣờng cong liền ) hoặc κLg = 3 (
đƣờng cong đứt quãng ). 50
Hình 3.11: GVD do cách tử tạo ra đƣợc mô tả là một hàm của δ cho một vài giá trị
của hệ số ghép κ. 51
Hình 3.12: Hệ số truyền (đƣờng nét đứt ) và độ trễ thời gian (đƣờng nét liền) là

một hàm của bƣớc sóng đối với cách tử đều trong đó κ(z) biến thiên tuyến tính từ
0 đến 6 cm
-1
trên độ dài 11 cm. 52
Hình 3.13: Bù tán sắc bằng cách tử sợi dịch tần tuyến tính: (a) chỉ số n(z) dọc theo
chiều dài cách tử.(b) độ phản xạ tần số cao và thấp tại các vị trí khác nhau trong
cách tử do sự biến thiên trong bƣớc sóng Bragg. 54
Hình 3.14: Hệ số phản xạ và độ trễ thời gian của cách tử sợi dịch tần tuyến tính có
băng thông 0,12 nm. 55
Hình 3.15: Mô hình bù tán sắc bằng hai bộ lọc truyền dạng sợi: (a) bộ ghép hai
mode dịch tần (b) sợi hai lõi thon. 56
Hình 3.16: Thiết lập thí nghiệm để bù tán sắc thông qua biến đổi phổ giữa nhịp
trong sợi dịch tán sắc dài 21 km. 61
Hình 3.17: Vòng lặp sợi xoay vòng đƣợc sử dụng để truyền tín hiện 10 Gb/s đi
10.000 km chiều dài sợi tiêu chuẩn trên cơ sở áp dụng DCF theo chu kỳ. Các bộ
phận đƣợc sử dụng bao gồm laze điốt (LD), bộ điều chế hấp thụ điện (EA), hệ
chuyển mạch quang (SW), bộ khuếch đại sợi (EDFA), sợi đơn mode (SMF), và
DCF. 65
Hình 3.18: Các cách tử xếp tầng đƣợc sử dụng để bù tán sắc 73
trong hệ thống WDM 73
Hình 3.19: (a) Mô tả phổ phản xạ và (b) toàn bộ GVD nhƣ một hàm của điện áp
cho cách tử sợi với gradient nhiệt độ. 76
Hình 3.20: Độ nhạy của máy thu trong thí nghiệm 160 Gb/s, là một hàm của tán
sắc dự trƣớc có (hình vuông) và không có (hình tròn) cách tử Bragg dạng sợi
(CFBG). Sự tăng trong đồ thị theo dõi đƣợc mô tả cho 110 ps/nm ở hình bên phải.
77
Hình 3.21: Dạng xung sau khi xung đầu vào 2,6 ps đƣợc truyền đi 300 km bằng
sợi dịch tán sắc (β
2
= 0). Hình trái và phải so sánh sự cải thiện thu đƣợc bằng bù

tán sắc bậc ba. 78
Hình 3.22: Mô hình của bộ bù PMD quang (a) và điện (b). 81
Hình 3.23: Bù PMD điều hƣởng do cách tử sợi dịch tần lƣỡng chiết. 82
(a) Căn nguyên của trễ nhóm vi phân (b) Dịch dải dừng dải dừng do căng cách tử.
82
Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 vii
Hình 3.24: Hệ số mở rộng xung là hàm của DGD trung bình trong bốn trƣờng hợp.
Đƣờng chấm mô tả sự tăng do sử dụng bộ bù PMD bậc một. Các vòng tròn bôi
đen và rỗng mô tả kết quả mô phỏng số. 84
Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 viii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AM
Amplitude Modulation
Điều chế biên độ
APS
Automatic Protection
Switching
Chuyển mạch bảo vệ tự động
ATM
Asynchronous Transfer
Mode
Chế độ chuyển tải bất đồng bộ
BER
Bit Error Rate
Tỷ lệ lỗi bit

BLSR
Bidirectional Line
Switched Ring
Vòng ring chuyển mạch đƣờng hai chiều
BPF
Bandpass filter
Bộ lọc thông dải
CD
Chromatic Dispersion
Tán sắc sắc thể
DBR
Distributed Bragg
Reflection
Phản xạ phân bố Bragg
DCF
Dispersion Compensating
Fiber
Sợi bù tán sắc

DDF
Dispersion Decreasing
Fiber
Sợi giảm tán sắc
DEMUX
Demultiplexer
Bộ giải ghép kênh
DFB
Distributed Feedback
Hồi tiếp phân tán
DSF

Dispersion Shifted Fiber
Sợi quang dịch tán sắc
DWDM
Dense WDM
WDM mật độ cao
EA
Electroabsorption
Modulator
Bộ điều chế hấp thụ điện
EDFA
Erbium Dopped Fibre
Amplifier
Bộ khuếch đại quang sợi Ebrium
FBG
Fiber Gragg Grating
Cách tử Bragg sợi
FM
Frequency Modulation
Điều tần
FP
Fabry-Perot
Khoang cộng hƣởng
FSK
Frequency Shift Keying
Khóa dịch pha tần số
FWM
Four-Wave Mixing
Trộn bốn sóng
GVD
Group Velocity

Dispersion
Tán sắc vận tốc nhóm
IOF
Inter-Office Facility
Thiết bị văn phòng
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
LASER
Light Amplified and
Stimulated Emission of
Radiation
Khuếch đại ánh sáng bức xạ kích thích
MESH
Mesh
Dạng lƣới
MMF
Multimode Fibre
Sợi đa mode
Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 ix
MUX
Multiplexer
Bộ ghép kênh
MZ
Mach-Zehnder
Interferometer
Bộ giao thoa kế Mach-Zehner
NLS

Nonlinear Schroedinger
Schroedinger phi tuyến
NZDSF
None-Zero Dispersion
Shifted Fiber
Sợi quang dịch chuyển tán sắc khác
không
OADM
Optical Add/Drop
Multiplexer
Bộ ghép kênh xen/rẽ quang
OPC
Optical Phase
Conjugation
Kết hợp pha quang
PC
Polarization Controller
Bộ điều khiển phân cực
PDH
Plesiochronous Digital
Hierachy
Phân cấp cận đồng bộ
PMD
Polarization Mode
Dispersion
Tán sắc mode phân cực
PSP
Principal State of
Polarization
Trạng thái phân cực chính

RING
Ring
Dạng vòng
RMS
Root-Mean-Square
Trị hiệu dụng
RZ
Return to Zero
Trở về không
SBS
Stimulated Brillouin
Scattering
Tán xạ Brillouin kích thích
SDH
Synchronous Digital
Hierachy
Phân cấp số đồng bộ
SMF
Single Mode Fibre
Sợi quang đơn mode
SOA
Semiconductor Optical
Amplifier
Bộ khuếch đại quang bán dẫn
SONET
Synchronous Optical
Network
Mạng quang đồng bộ
SOP
State of Polarization

Trạng thái phân cực
SPM
Self of Polarization
Tự điều chế pha
SRS
Stimulated Raman
Scattering
Tán xạ Raman kích thích
SW
Optical Switch
Hệ chuyển mạch quang
TDM
Time Division
Multiplexing
Ghép kênh theo thời gian
UPSR
Unidirectional Path
Switched Ring
Vòng ring chuyển mạch tuyến một chiều
duy nhất
WDM
Wavelength Division
Multiplexing
Ghép kênh theo bƣớc sóng
XPM
Cross Phase Modulation
Điều chế chéo pha
ZD
Zero-Dispersion
Tán sắc bằng không

Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ WDM
1.1 Nguyên lý cơ bản của WDM
1.1.1 Giới thiệu về WDM
Phần dƣới đây chúng ta sẽ tìm hiểu một vài thông tin cần thiết để biết tại
sao Hệ thống ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng (WDM) lại là một sự đổi mới
quan trọng trong các mạng quang và những lợi ích mà nó có thể cung cấp.
- Nhu cầu về băng thông: sự bùng nổ nhu cầu băng thông mạng do sự tăng
trƣởng mạnh của lƣu lƣợng số liệu, đặc biệt là giao thức internet (IP). Cứ 6 ÷ 9
tháng dịch vụ cung cấp băng thông tăng gấp đôi trên mạng đƣờng trục. Lƣu lƣợng
Internet tăng 300% mỗi năm trong khi tốc độ tăng trƣởng của lƣu lƣợng thoại chỉ
khoảng 13% mỗi năm (xem hình 1.1). Ở cùng một thời điểm giá trị lƣu lƣợng
mạng tăng cao, lƣu lƣợng dữ liệu tự nhiên của nó là rất phức tạp. Lƣu lƣợng trên
mạng đƣờng trục có thể bắt nguồn dựa trên cơ sở mạch (fax và thoại TDM), cơ sở
gói (IP), hoặc cơ sở tế bào (ATM và Frame Relay). Thêm vào đó, có một phần dữ
liệu tăng nhạy cảm với trễ nhƣ thoại qua IP và luồng video.


Hình 1.1 Tốc độ tăng dung lƣợng thoại và số liệu theo thời gian
- Những sự lựa chọn trong việc tăng băng thông: Với thách thức tăng lên
đột ngột của dung lƣợng mạng trong khi chi phí bị rằng buộc, các hãng truyền
Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 2
thông có hai sự lựa chọn: lắp đặt sợi quang mới hoặc tăng hiệu quả băng thông của
sợi có sẵn.
Lắp đặt sợi mới là các phƣơng pháp truyền thống đƣợc sử dụng với các
hãng truyền thông để mở rộng mạng của họ. Tuy nhiên, triển khai sợi mới là rất

tốn kém. Chi phí lắp đặt sợi mới khoảng 70000 đô trên một dặm, mà chi phí này
hầu hết là các chi phí giấy phép và xây dựng nhiều hơn là chi phí cho chính sợi
quang. Chỉ lắp đặt sợi mới khi cần phải mở rộng bao lấy mạng cơ sở.
Tăng hiệu quả dung lƣợng của sợi có sẵn có thể thực hiện bằng hai cách:
+ Tăng tốc độ bit của các hệ thống có sẵn.
+ Tăng số bƣớc sóng trên một sợi.
Tăng tốc độ bit: sử dụng TDM, dữ liệu thƣờng đƣợc truyền ở tốc độ 2,5
Gbps và tăng đến 10 Gbps; những kết quả gần đây đƣa ra ở tốc độ 40 Gbps. Tuy
nhiên, các mạch điện tử muốn làm đƣợc điều này thì rất phức tạp và tốn kém, cả
về mua sắm và bảo dƣỡng. Thêm nữa, có những vấn đề kỹ thuật quan trọng có thể
làm hạn chế tính ứng dụng của kỹ thuật này. Ví dụ, truyền dẫn ở 10 Gbps qua sợi
đơn mode ( SM ), bị ảnh hƣởng bởi tán sắc màu nhiều hơn 16 lần tốc độ 2,5 Gbps.
Công suất truyền dẫn lớn hơn cũng yêu cầu tốc độ bit cao hơn, đƣa hiệu ứng phi
tuyến có thể ảnh hƣởng đến chất lƣợng dạng sóng. Thêm nữa tán sắc mode phân
cực tác động làm giới hạn khoảng cách xung ánh sáng có thể truyền.
Tăng số bƣớc sóng: trong phƣơng pháp này, nhiều bƣớc sóng đƣợc kết
hợp lại vào trong một sợi đơn. Sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo bƣớc
sóng ( WDM ) với một vài bƣớc sóng, hoặc màu sắc ánh sáng có thể ghép đồng
thời mỗi tín hiệu 2,5 Gbps đến 40 Gbps trên một thành phần sợi. Không phải lắp
đặt thêm sợi mới, hiệu quả dung lƣợng của sợi sẵn có có thể tăng từ hệ số 16 or
32. Các hệ thống với 128 và 160 bƣớc sóng đƣợc hoạt động ngày nay, với mật độ
cao hơn.
Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng: WDM làm tăng dung lƣợng truyền
của môi trƣờng vật lý ( sợi ) sử dụng phƣơng pháp hoàn toàn khác của TDM.
WDM gán các tín hiệu quang vào trong các tần số riêng của ánh sáng ( các bƣớc
sóng hoặc các lam đa λ ) bên trong một dải tần nào đó. Bởi vì mỗi kênh đƣợc
truyền ở một tần số khác nhau, nên chúng ta có thể lựa chọn chúng sử dụng một
Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 3

bộ điều hƣớng. Một cách khác để nghĩ về WDM là mỗi kênh sẽ có một màu sắc
ánh sáng khác nhau; một số kênh sau đó sẽ làm nên một “ cầu vồng ”.

Hình 1.2 Ghép kênh theo bƣớc sóng WDM
Trong hệ thống WDM, mỗi một bƣớc sóng đƣợc truyền trong sợi, và các tín
hiệu đƣợc phân kênh ở đầu cuối thu. Giống TDM, dung lƣợng kết quả là kết hợp
của các tín hiệu đầu vào, nhƣng WDM mang mỗi tín hiệu đầu vào độc lập khác
nhau. Điều này có nghĩa rằng mỗi kênh có băng thông của riêng mình; tất cả các
tín hiệu đi đến ở cùng một thời điểm, hơn nữa không bị chia ra và mang vào mỗi
khe thời gian.
1.1.2 Sự phát triển của công nghệ WDM
Hệ thống WDM đầu tiên đƣợc bắt đầu khoảng cuối năm 1980 sử dụng hai
bƣớc sóng có khoảng cách rộng trong miền 1310 nm và 1550 nm ( hoặc 850 nm
và 1310 nm ), thỉnh thoảng đƣợc gọi là WDM băng rộng. Hình 1.3 miêu tả một ví
dụ về WDM khuôn mẫu đơn này. Chú ý rằng một đôi sợi đƣợc sử dụng để truyền
và một đôi sợi đƣợc sử dụng để nhận dữ liệu.
Khoảng đầu năm 1990 đƣợc thấy hệ thống WDM thế hệ hai, còn đƣợc gọi
là hệ thống WDM băng hẹp, trong hệ thống này có từ hai đến tám kênh đƣợc sử
dụng. Khoảng cách giữa các kênh này là khoảng 400 Ghz ở cửa sổ bƣớc sóng
1550 nm. Vào giữa năm 1990, các hệ thống WDM mật độ cao ( DWDM ) đƣợc
đƣa ra với 16 đến 40 kênh và khoảng cách giữa các kênh là từ 100 đến 200 Ghz.
Vào cuối năm 1990 các hệ thống DWDM đã đƣợc phát triển có dung lƣợng lên tới
64 đến 160 kênh song song, khoảng cách giữa các kênh có mật độ rất dày ở
khoảng 50 hoặc thậm chí 25 Ghz.
Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 4


Hình 1.3 Hệ thống WDM hai kênh.

Ở hình 1.4 cho thấy, quá trình phát triển của công nghệ có thể đƣợc xem
nhƣ sự tăng nên của các bƣớc sóng, thêm vào đó là sự giảm đi của khoảng cách
giữa các bƣớc sóng. Cùng với sự tăng lên của mật độ các bƣớc sóng, các hệ thống
cũng đƣợc cải tiến sao cho có cấu hình mềm dẻo hơn, nhờ vào các chức năng tách
ghép, và năng lực quản lý.

Hình 1.4 Sự phát triển của công nghệ WDM.
Sự tăng trong mật độ các kênh từ công nghệ DWDM đã tạo ra một ảnh
hƣởng sâu sắc đến dung lƣợng mang của sợi. Vào năm 1995, khi mà các hệ thống
Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 5
10 Gbps đầu tiên đƣợc chứng minh, tốc độ tăng lên của dung lƣợng sợi đƣợc đi lên
theo tính tuyến tính cho mỗi bốn năm một ( hình 1.5 ).

Hình 1.5 Sự tăng nên của dung lƣợng sợi.
1.1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM
a) Các chức năng của hệ thống WDM
Ở lõi của hệ thống WDM gồm có một số nhỏ các chức năng của lớp vật lý.
Điều này đƣợc miêu tả trong hình 1.6, cho thấy một WDM màu với bốn kênh
thông tin. Mỗi kênh quang chiếm một bƣớc sóng riêng của chính nó.


Hình 1.6 Màu chức năng WDM
Hệ thống WDM thực hiện các chức năng chính sau:
Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 6
- Phát tín hiệu: Nguồn, các laze bán dẫn, phải đƣợc cung cấp ổn định với
mỗi kênh riêng, độ rộng phổ hẹp để mang dữ liệu số, đƣợc điều chế nhƣ

một tín hiệu tƣơng tự.
- Kết hợp tín hiệu: các hệ thống WDM hiện đại sử dụng các bộ ghép kênh
để kết hợp các tín hiệu. Có một số các suy hao vốn có đi cùng với các bộ
ghép và tách kênh. Các suy hao này phụ thuộc vào số các kênh thông tin
nhƣng có thể đƣợc bù lại bằng các bộ khuếch đại quang, cái mà khuếch đại
tất cả các bƣớc sóng lên mà không cần phẩi biến đổi thành điện.
- Truyền dẫn tín hiệu: các ảnh hƣởng của xuyên nhiễu và suy giảm hay
suy hao tín hiệu quang cần phải đƣợc tính toán trong truyền dẫn sợi quang.
Các ảnh hƣởng này có thể đƣợc giảm bớt bằng cách điều chỉnh các biến
nhƣ khoảng cách kênh, khoảng bƣớc sóng, và các mức công suất laze. Qua
một liên kết truyền dẫn, tín hiệu cần phải đƣợc khuếch đại quang lên.
- Tách các tín hiệu nhận được: Ở đầu cuối thu, các tín hiệu đƣợc ghép
phải đƣợc tách ra. Mặc dù, thao tác này đƣợc đƣa ra chỉ là ngƣợc lại của
phƣơng pháp kết hợp tín hiệu nhƣng nó thực sự lại là một công nghệ rất
khó.
- Nhận tín hiệu: Tín hiệu đã đƣợc giải ghép kênh sẽ đƣợc thu bởi các bộ
tách sóng quang.
Với các chức năng này, một hệ thống WDM cũng phải đƣợc trang bị các
giao diện khách để nhận tín hiệu vào. Chức năng này đƣợc thực hiện bởi các hệ
thống nhận và phát tín hiệu lại. Trên WDM khách là các giao diện sợi quang đƣợc
liên kết với các hệ thống WDM.
b) Các công nghệ cho phép
Mạng quang, không giống SONET/SDH, không dựa vào việc xử lý dữ liệu
điện. Đƣợc hiểu theo nghĩa thông thƣờng, sự phát triển của nó nhiều liên kết
quang hơn liên kết điện. Trong cấu trúc đầu tiên, nhƣ miêu tả ở phần trƣớc, WDM
có dung lƣợng mang các tín hiệu qua hai bƣớc sóng với khoảng cách rộng, và
truyền với một khoảng cách tƣơng đối ngắn. Tại thời điểm xa hơn ở trạng thái ban
đầu này, WDM cần tới cả sự tiến bộ trong các công nghệ sẵn có và cả những phát
minh công nghệ mới nữa. Sự tiến bộ trong các bộ lọc quang và các laze băng hẹp
cho phép WDM đƣợc kết hợp nhiều hơn hai bƣớc sóng tín hiệu trên một sợi. Sự

Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 7
phát minh ra bộ khuếch đại quang có độ lợi phẳng, đƣợc nối trên đƣờng truyền với
sợi truyền dẫn để khuếch đại tín hiệu quang, làm cho khả năng của các hệ thống
WDM đƣợc tăng lên rất lớn về khoảng cách truyền dẫn.
Các công nghệ khác đã góp phần rất quan trọng trong sự phát triển của hệ
thống WDM bao gồm cả các sợi quang đã đƣợc cải tiến với suy hao thấp hơn và
các đặc tính truyền dẫn quang tốt hơn, các EDFA, và các thiết bị nhƣ là cách tử
Bragg sợi đƣợc sử dụng trong các bộ ghép kênh tách/xen quang.
1.2 Các cấu hình mạng và cơ chế bảo vệ cho mạng WDM
Các kiến trúc mạng đều đƣợc dựa trên rất nhiều các nhân tố, bao gồm các
kiểu ứng dụng và các giao thức, khoảng cách, mô hình sử dụng và truy nhập, và
các cấu hình mạng sẵn có. Ví dụ xét trong mạng khu vực đô thị, cấu hình điểm
điểm phải đƣợc sử dụng để kết nối các vị trí tổ chức kinh doanh, các cấu hình
vòng ring để kết nối các thiết bị trong văn phòng ( IOFs ) và để truy cập đến các
khu dân cƣ, và cấu hình mesh phải đƣợc sử dụng cho các kết nối bên trong POP và
kết nối đến các mạng trục đƣờng dài. Trong thực tế, lớp quang phải có khả năng
hỗ trợ nhiều loại cấu hình, bởi vì sự phát triển không ổn định trong các khu vực
này, các cấu hình đó phải đƣợc linh hoạt.
Ngày nay, cấu hình chính trong sự phát triển là cấu hình điểm điểm và vòng
ring. Với các liên kết điểm điểm trên WDM ở giữa các vị trí kinh doanh diện rộng,
chỉ cần có một thiết bị trƣớc khách hàng để biến đổi lƣu lƣợng ứng dụng thành các
bƣớc sóng và ghép chúng. Các hãng truyền thông với các cấu hình vòng ring tuyến
tính có thể mở rộng theo hƣớng toàn vòng ring dựa trên cơ sở các OADM. Nhƣ
thế các chuyển mạch và kết nối chéo quang có thể trở nên phổ biến hơn, các mạng
vòng ring và điểm điểm này sẽ đƣợc kết nối đến các mesh, biến các mạng đô thị
quang thành những nền tảng khá linh động.
1.2.1 Cấu hình điểm – điểm
Cấu hình điểm điểm có thể đƣợc bổ sung hoặc không cần OADM. Các

mạng này có đặc điểm đƣợc tạo bởi các tốc độ kênh cực cao ( 10 đến 40 Gbps ),
tính toàn vẹn và đáng tin cậy của tín hiệu cao, và khả năng phục hồi tuyến nhanh.
Trong các mạng đƣờng dài, khoảng cách giữa các bộ phát và bộ thu có thể là vài
trăm kilomet, và số các bộ khuếch đại yêu cầu giữa các điểm đầu cuối là phải nhỏ
hơn 10. Trong mạng MAN, thƣờng không sử dụng các bộ khuếch đại.
Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 8
Sự bảo vệ trong các cấu hình điểm điểm có thể đƣợc cung cấp ở trong một
khoảng cách kết hợp. Trong thiết bị thế hệ đầu tiên, tính dự phòng thể hiện ở mức
hệ thống. Các liên kết song song kết nối hệ thống ở các đầu cuối. Sự chuyển giao
trong trƣờng hợp lỗi đƣợc chịu trách nhiệm của các thiết bị khách ( ví dụ nhƣ một
thiết bị chuyển mạch hoặc một bộ định tuyến ), trong khi chính các hệ thống
WDM chỉ cung cấp dung lƣợng.
Trong thiết bị thế hệ hai, tính dự phòng thể hiện ở mức card. Các liên kết
song song kết nối các hệ thống đơn ở đầu cuối đó bao gồm các bộ tách sóng, các
bộ ghép và các CPU. Ở đây sự bảo vệ đƣợc chuyển đến thiết bị WDM, với các
quyết định chuyển mạch dƣới sự điều khiển cục bộ. Cho ví dụ về một kiểu bổ
sung, sử dụng mô hình bảo vệ 1 + 1 dựa trên chuyển mạch bảo vệ tự động SONET
( APS ). Xem hình 1.7.

Hình 1.7 Kiến trúc điểm – điểm.
1.2.2 Cấu hình vòng Ring
Các vòng ring là kiến trúc phổ biến nhất đƣợc tìm thấy ở trong các khu vực
đô thị và các nhịp nối khoảng 10 kilomét. Các vòng ring sợi phải bao gồm ít cũng
khoảng bốn kênh bƣớc sóng, và đặc trƣng là số node ít hơn số kênh. Tốc độ bit
nằm trong dải từ 622 Mbps đến 10 Gbps trên mỗi kênh.
Cấu hình vòng ring có thể đƣợc triển khai với một hoặc nhiều hệ thống
WDM, hỗ trợ nhiều đến nhiều kiểu lƣu lƣợng, hoặc chúng có thể có một trạm hub
và một hoặc một số các node OADM, hoặc trạm vệ tinh ( xem hình 1.8 ). Ở node

hub lƣu lƣợng bắt đầu, đƣợc kết thúc và đƣợc quản lý, và kết nối đến các mạng
khác đã đƣợc thiết lập. Ở các node OADM, các bƣớc sóng đƣợc lựa chọn thì đƣợc
Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 9
tách và đƣợc xen, trong khi các bƣớc sóng khác thì đƣợc truyền qua (gửi các
kênh). Trong cách này, các kiến trúc vòng ring cho phép các node trên vòng ring
cung cấp truy nhập đến các phần tử mạng nhƣ các bộ định tuyến, các chuyển
mạch, hoặc các máy chủ bằng cách xen hoặc tách các kênh bƣớc sóng trong miền
quang. Tuy nhiên với sự tăng thêm các OADM, tín hiệu tùy thuộc vào sự suy hao
và sự khuếch đại có thể đƣợc cần đến.

Hình 1.8 Cấu hình mạng Ring
Các mạng đƣa ra cho ứng dụng WDM trong khu vực đô thị thƣờng đƣợc
dựa trên các cấu trúc vòng ring SONET với 1 + 1 sự bảo vệ sợi. Do đó các mô
hình nhƣ Vòng Ring chuyển mạch tuyến một chiều duy nhất ( UPSR ) hoặc Vòng
Ring chuyển mạch đƣờng hai chiều ( BLSR ) có thể đƣợc sử dụng lại để bổ sung
cho WDM. Hình 1.9 cho thấy mô hình UPSR với hai sợi. Ở đây, hub và các node
gửi trên hai vòng xoay ngƣợc nhau, nhƣng cùng sợi bình thƣờng đƣợc sử dụng cho
tất cả các thiết bị nhận tín hiệu; do đó có tên một chiều. Nếu vòng ring làm việc bị
lỗi, thiết bị thu chuyển đến đôi khác. Mặc dù cách này cung cấp dự phòng, không
dùng lại băng thông có thể sử dụng, nhƣ thế sợi dự phòng phải luôn luôn sẵn sàng
để mang lƣu lƣợng làm việc. Mô hình này đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong các
mạng truy nhập.
Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 10

Hình 1.9 UPSR bảo vệ trên vòng ring WDM.
Các mô hình khác, nhƣ Vòng Ring chuyển mạch đƣờng hai chiều ( BLSR ),

cho phép lƣu lƣợng đi từ node gửi đến node nhận bằng tuyến tuyệt đối tốt nhất.
Bởi vì cách này, BLSR đƣợc coi là thích hợp cho các mạng lõi SONET, đặc biệt là
khi đƣợc thực hiện với bốn sợi.
1.2.3 Cấu hình Mesh
Cấu hình mesh là cấu hình tƣơng lai của các mạng quang. Do sự mở rộng
của nhiều mạng, nên các kiến trúc mạng ring và mạng điểm – điểm sẽ vẫn đƣợc
phát triển, nhƣng mesh hứa hẹn đến một cấu hình mạnh mẽ nhất. Phát triển cấu
hình này sẽ có thể cho phép đƣợc đƣa vào cấu hình các kết nối chéo quang và các
chuyển mạch quang. Điều đó sẽ có trong một vài trƣờng hợp thay thế và trong các
trƣờng hợp khác bổ sung các thiết bị WDM cố định.
Từ quan điểm thiết kê, có một tuyến phát triển sẵn có từ cấu hình điểm
điểm đến cấu hình mesh. Bằng cách bắt đầu với các liên kết điểm điểm, đƣợc
trang bị thêm các node OADM ở nơi bắt đầu tính linh động, và rồi sau đó nối liền
chúng, mạng có thể mở rộng vào trong mesh mà không phải thiết kế hoàn toàn lại.
Thêm nữa, các cấu hình vòng ring và mesh có thể đƣợc nối bởi các liên kết điểm
điểm ( xem hình 1.10 ).
Đồ án tốt nghiệp Chương I: Tổng quan về công nghệ WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 11

Hình 1.10 Các kiến trúc vòng ring, điểm điểm, mesh.
Các mạng mesh WDM sẽ cần đến một cấp độ thông minh bậc cao để thực
hiện các chức năng bảo vệ và quản lý băng thông, kể cả sợi và chuyển mạch bƣớc
sóng. Tuy nhiên, lợi ích trong tính linh hoạt và hiệu suất là rất lớn. Sử dụng sợi có
thể đƣợc mức thấp trong giải pháp vòng ring bởi vì nhu cầu để các sợi bảo vệ trên
mỗi ring, có thể đƣợc tận dụng trong thiết kế mesh. Sự bảo vệ và khôi phục có thể
dựa trên các tuyến thành phần, bằng cách ấy cần một ít đôi sợi cho cùng số lƣợng
của lƣu lƣợng và không ảnh hƣởng các bƣớc sóng không đƣợc dùng đến.
Cuối cùng, các mạng mesh sẽ phụ thuộc lớn vào các phần mềm để quản lý.
Một giao thức dựa trên chuyển mạch nhãn đa giao thức ( MPLS ) dƣới sự phát

triển để hỗ trợ chuyển các hƣớng qua một mạng toàn quang. Thêm vào nữa, sự
quản lý sẽ cần đến một kênh không chuẩn để mang thông tin giữa các phần tử
mạng.

Đồ án tốt nghiệp Chương II: Một số ảnh hưởng đến hệ thống WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 12
CHƢƠNG II: MỘT SỐ THAM SỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN
CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG WDM
2.1 Tán sắc
2.1.1 Giới thiệu chung
Ta đã biết khi tín hiệu truyền dọc theo sợi quang sẽ bị méo. Méo này là do
tán sắc bên trong mode và hiệu ứng trễ giữa các mode gây ra. Các hiệu ứng tán sắc
ở đây đƣợc giải thích nhờ việc khảo sát trạng thái các vận tốc nhóm của các mode
truyền dẫn ( vận tốc nhóm là tốc độ mà tại đó năng lƣợng ở trong mode riêng biệt
lan truyền dọc theo sợi ). Tán sắc bên trong mode chính là sự dãn xung tín hiệu
ánh sáng xảy ra ở trong một mode. Vì tán sắc bên trong mode phụ thuộc vào bƣớc
sóng cho nên ảnh hƣởng của nó tới méo tín hiệu sẽ tăng lên theo sự tăng của độ
rộng phổ nguồn phát ( Độ rộng phổ chính là dải các bƣớc sóng mà nguồn quang
phát tín hiệu ánh sáng trên nó ). Nó làm cho các xung quang lan truyền trong sợi
quang bị dãn rộng ra gây méo tín hiệu và làm xuống cấp đặc tính hệ thống. Xung
tín hiệu mà dãn quá rộng sẽ gây ra hiện tƣợng phủ chờm nên các xung kề nhau, và
khi sự phủ chờm vƣợt quá một mức nào đó thì thiết bị thu quang sẽ không còn
phân biệt nổi các xung này nữa và lúc này sẽ xuất hiện lỗi tín hiệu, đã làm giới hạn
năng lực truyền dẫn.
Nhƣ vậy tán sắc tổng cộng trên sợi dẫn quang gồm hai thành phần chính là
tán sắc giữa các mode ( tán sắc mode ) và tán sắc bên trong mode. Tán sắc bên
trong mode bao gồm có tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sóng.
Tán sắc mode tồn tại trong các sợi quang đa mode (MM) khi mà các tia
sóng truyền lan trong sợi theo các đƣờng khác nhau do đó dẫn đến thời gian lan

truyền các mode là khác nhau. Tuy nhiên trong thông tin quang chỉ sử dụng sợi
quang đơn mode (SM) nên không tồn tại tán sắc mode.
Tán sắc vật liệu là một hàm của bƣớc sóng do sự thay đổi chiết suất của vật
liệu làm nên lõi sợi, nên nó tạo ra sự phụ thuộc vận tốc nhóm vào bƣớc sóng ánh
sáng.
Tán sắc dẫn sóng là do sợi đơn mode chỉ giữ đƣợc khoảng 80% năng lƣợng
ở trong lõi vì vậy còn lại 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lƣợng ở
trong lõi. Tán sắc dẫn sóng phụ thuộc vào thiết kế sợi vì hằng số lan truyền mode
Đồ án tốt nghiệp Chương II: Một số ảnh hưởng đến hệ thống WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 13
β là một hàm số của α/ λ (α là bán kính lõi ), nó thƣờng đƣợc bỏ qua trong sợi đa
mode nhƣng lại rất cần đƣợc quan tâm ở sợi đơn mode.
Tán sắc tỉ lệ thuận với chiều dài sợi quang và độ rộng phổ của nguồn
quang. Xung quang ở cuối sợi quang sẽ bị dãn ra một lƣợng là :
δ
T
= D.Δλ.L ( 2.1 )
Trong đó : D là tham số tán sắc, đặc trƣng cho tán sắc của sợi có đơn vị là
ps/(km.nm).
Δλ là độ rộng phổ nguồn quang.
L là chiều dài sợi quang.
Có rất nhiều phƣơng pháp để làm giảm thiểu sự ảnh hƣởng của tán sắc đến
hệ thống WDM sẽ đƣợc nghiên cứu kỹ ở Chương 3 còn bây giờ ta sẽ xem xét một
số loại tán sắc có ảnh hƣởng đến chất lƣợng các hệ thống nói chung và hệ thống
WDM nói riêng.
2.1.2 Tán sắc vật liệu
Đối với các bƣớc sóng trong phạm vi 1550nm thì tán sắc vật liệu là nguyên
nhân chính gây nên hiện tƣợng tán sắc. Tán sắc vật liệu sinh ra là do trong một sợi
cáp quang, ánh sáng truyền trong đó không phải đơn sắc mà có độ rộng phổ xác

định và tốc độ lan truyền của các thành phần phổ là khác nhau ( do chiết suất là
hàm của bƣớc sóng ). Vì vậy các thành phần có thời gian truyền lệch nhau gây ra
tán sắc vật liệu.
Tán sắc vật liệu D
M
xuất hiện là do chỉ số chiết suất của thủy tinh, loại vật
liệu dùng để chế tạo ra sợi quang, và những thay đổi của chúng theo tấn số quang
ω. Có thể tính tán sắc vật liệu D
M
theo công thức sau:

Với n
2g
là chỉ số nhóm của vật liệu vỏ sợi. Dƣới góc độ đơn giản, nguồn
gốc của tán sắc vật liệu có liên quan tới đặc tính tần số cộng hƣởng mà tại đó vật
liệu sẽ hấp thụ sự phát xạ điện tử. Chỉ số chiết suất n(ω) đƣợc làm xấp xỉ bằng
phƣơng trình Sellmeier:
Đồ án tốt nghiệp Chương II: Một số ảnh hưởng đến hệ thống WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 14

Với ω
j
là tần số cộng hƣởng và B
j
là cƣờng độ dao động.
n là viết thay cho cả n
1
và n
2

tùy thuộc vào đặc tính phân tán của lõi hay vỏ
sợi có đƣợc xem xét hay không.
Đối với thủy tinh trong suốt ta có chỉ số nhóm:
n
g
= n + ω.dn/dω ( 2.4 )
Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm n
g
thay đổi theo bƣớc sóng đã gây ra tán
sắc vật liệu xem hình 2.1. Tán sắc vật liệu D
M
có rằng buộc với đƣờng bao của n
g

bằng công thức ( 2.4 ) suy ra rằng dn
g
/dλ = 0 tại bƣớc sóng λ = 1,27 μm. Bƣớc
sóng này đƣợc coi nhƣ là bƣớc sóng có tán sắc bằng không λ
ZD
, vì D
M
= 0 tại
λ = λ
ZD
. Tham số tán sắc D
M
có giá trị âm tại bƣớc sóng dƣới λ
ZD
và dƣơng tại
bƣớc sóng ở trên λ

ZD
. Trong vùng bƣớc sóng 1,25 ÷ 1,66 μm, tán sắc vật liệu có
thể đƣợc xác định bằng biểu thức nhƣ sau:

Với giá trị λ
ZD
= 1,276 μm chỉ đối với sợi thủy tinh thuần khiết. Giá trị này
có thể thay đổi trong dải 1,27 ÷ 1,29 μm đối với các sợi quang có lõi và vỏ đƣợc
pha tạp để thay đổi chỉ số chiết suất. Bƣớc sóng có tán sắc bằng không của sợi
quang cũng phụ thuộc vào bán kính lõi a và bậc chỉ số ∆ thông qua phần dẫn sóng
cho tấn sắc tổng.

Đồ án tốt nghiệp Chương II: Một số ảnh hưởng đến hệ thống WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 15

Hình 2.1 Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm n
g
thay đổi theo bƣớc sóng ở sợi thủy
tinh
2.1.3 Tán sắc dẫn sóng
Cũng giống nhƣ tán sắc vật liệu, ánh sáng truyền trong sợi quang không
đơn sắc mà có độ rộng phổ xác định cùng với sự phụ thuộc của hằng số lan truyền
là hàm của a/λ nên vận tốc nhóm của các thành phần phổ là khác nhau. Các thành
phần phổ có thời gian truyền lệch nhau gây ra tán sắc ống dẫn sóng.
Tán sắc dẫn sóng D
W
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 D

W
đƣợc tính theo công thức sau:

Với: n
2g
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
Đồ án tốt nghiệp Chương II: Một số ảnh hưởng đến hệ thống WDM

Quách Bá Lâm – Đ04VT1 16
β = n.k
0
là hằng số lan truyền dọc theo trục sợi.
k
0
= 2π/λ là hằng số lan truyền trong không gian tự do.
∆ là giá trị chênh lệch chiết suất. Đƣợc giả thiết là tham số không phụ thuộc
vào tần số, ∆ = ( n
1
– n
2
)/n
1
.
V là tần số chuẩn hóa hay tham số V hay số V.

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

bƣớc sóng.
Hình 2.2 chỉ ra d(Vb)/dV và Vd
2
(Vb)/dV
2
thay đổi theo V. Do cả hai đạo
hàm là dƣơng nên D
w
là âm trong toàn bộ vùng bƣớc sóng 0 ÷ 1,6 μm. Điều này
khác nhiều so với tán sắc vật liệu D
M
có cả giá trị âm và dƣơng tƣơng ứng với
bƣớc sóng thấp hơn hay cao hơn λ
ZD
( λ
ZD
bƣớc sóng có tán sắc bằng không ).

Hình 2.2 Tham số b và các vi phân của nó d(Vb)/dV và V[d
2
(Vb)/dV
2
] thay đổi theo
tham số V
Trong sợi đơn mode, hệ số tán sắc tổng: