Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................................................................................................iii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.............................................................................................................................iv
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................................................................1
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ PHI TUYẾN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN
QUANG...................................................................................................................................................2
1.1 Tổng quan về tán sắc trong hệ thống thông tin quang..................................................................2
1.1.1 Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc..........................................................................................2
1.1.2 Các nguyên nhân gây tán sắc trong hệ thông quang tốc độ cao............................................3
1.2 Tổng quan về phi tuyến trong hệ thống thông tin quang............................................................10
1.2.1 Giới thiệu chung về phi tuyến..............................................................................................10
1.2.2 Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến.....................................................................................15
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT HỢP PHA QUANG ĐỂ BÙ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ
HIỆU ỨNG PHI TUYẾN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG............................................................17
2.1 Các giải pháp bù ảnh hưởng của tán sắc và phi tuyến................................................................17
2.1.1 Bù ảnh hưởng của tán sắc sợi quang trong truyền dẫn........................................................17
2.1.2 Bù ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến trong truyền dẫn quang..........................................20
Để thuận tiện cho việc phân tích, ta sử dụng mô hình tuyến thông tin quang sử dụng WDM và
EDFA đã có sự bù tán sắc như sau:...................................................................................................21
2.2 Bù tán sắc và phi tuyến bằng liên hợp pha quang OPC...............................................................23
2.2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp........................................................................................24
2.2.2 Nguyên lý hoạt động............................................................................................................25
2.2.3 Các loại vật liệu dùng trong OPC..........................................................................................28
CHƯƠNG III: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.........................................................................................35
I. Sơ đồ hệ thống..............................................................................................................................35

1.1 Sơ đồ hệ thống quang không sử dụng OPC.............................................................................35
1.2 Sơ đồ hệ thống quang sử dụng OPC.......................................................................................35
II. Tham số hệ thống.........................................................................................................................36
2.1 Tham số hệ thống quang không sử dụng OPC........................................................................36
2.2 Tham số hệ thống quang sử dụng OPC...................................................................................36
III. Kết quả mô phỏng và nhận xét....................................................................................................38

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

i


Đồ án tốt nghiệp đại học

Mục lục

KẾT LUẬN..............................................................................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................................45

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

ii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Danh mục hình vẽ và bảng biểu

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Ảnh hưởng của tán sắc lên sợi quang.............................................................3

Hình 1. 2: Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm

thay đổi theo bước sóng ở sợi thủy

tinh.................................................................................................................................... 5
Hình 1. 3: Tán sắc ống dẫn sóng......................................................................................6
Hình 1. 4: Tham số b và các vi phân của nó và thay đổi theo tham số V.....................7
Hình 1. 5: Tán sắc tổng D và các tán sắc vật liệu

,

cho sợi đơn mode thông

dụng.................................................................................................................................. 8
Hình 1. 6: Bước sóng phụ thuộc vào tham số D đối với các sợi tiêu chuẩn, sợi dịch tán
sắc, và sợi tán sắc phẳng.................................................................................................. 9
Hình 1. 7: Đồ thị miêu tả sự phụ thuộc của độ phân cực P theo điện trường E..........11
Hình 1. 8: Ảnh hưởng của hiệu ứng tự điều chế pha SPM........................................... 12
Hình 1. 9: Ảnh hưởng của hiệu ứng điều chế xuyên pha XPM....................................13
Hình 1. 10: Hiệu ứng FWM...........................................................................................14
Hình 2. 1: Sự dãn xung do ảnh hưởng của SPM...........................................................17
Hình 2. 2: Chuẩn hóa khoảng cách truyền dẫn với OPC............................................. 21
Hình 2. 3: Khái niệm OPC của tín hiệu dữ liệu.............................................................22
Hình 2. 4: Nguyên lý của quá trình (a) SFG (b) DFG............................................23
Hình 2. 5: Nguyên tắc của quá trình từng đợt SHG và DFG........................................24
Hình 2. 6: OSNR của liên hợp pha là một hàm của OSNR tín hiệu đầu vào...............26
Hình 2. 7: Nguyên tắc hợp pha...................................................................................... 27
Hình 2. 8: Quang phổ đầu ra của ống dẫn sóng PPLN của băng C và băng L.............29

DANH MỤC BẢNG BIỂU


Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

iii


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AlGaAs
ASE
AWG
BER
BSF
CATV
CO-OFDM

Aluminum Gallium Arsenide
Amplified Spontaneous Emission
Arrayed Waveguide Grating
Bit Error Ratio
Band-Selection Filter
Community Antenna Television
Coherent Optical Orthogonal Frequency
Division Multiplexing

DCF

DFB
DFG
DPSK
EDFA
FNPC
FWM
GVD
HNLF
InGaAsP
InP
ITU

Dispersion Compensating Fiber
Distributed Feedback
Difference Frequency Generation
Differential Phase-Shift-Keying
Erbium-Doped Fiber Amplifier
fiber Nonlinearity Post-Compensation
Four-Wave Mixing
Group Velocity Dispersion
Highly-Nonlinear Fiber
Indium Gallium Arsenide Phosphide
Indium Phosphide
International Telecommunication Union

LiNbO3
Lithium-Niobate
MgO
Magnesium-Oxide
MLSI

Mid-Link Spectral Inversion
MZM
Mach-Zehnder Modulator
NLT
Nonlinear Threshold
NRZ-ASK Non Return to Zero-Amplitude Shif Keying
NZ-DSF
OADM
OEO

Non Zero-Dispersion Shifted Fiber
Optical Add-Drop Multiplexer
Optical-Electric-Optical

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

Nhôm gali asen
Phát xạ tự phát khuếch đại
Cách tử ống dẫn sóng dãy
Tỉ lệ bít lỗi
Bộ lọc chọn băng
Truyền hình cáp
Ghép kênh phân chia theo
tần số trực giao quang
coherent
Sợi quang bù tán sắc
Hồi tiếp phân tán
Tạo tần số khác
Khóa dịch pha vi sai
Khuếch đại pha tạp Erbium

Sợi bù phi tuyến sau
Trộn bốn sóng
Tán sắc vận tốc nhóm
Sợi quang phi tuyến cao
Phốt pho asen gali indium
Phốt pho indium
Liên Minh Viễn Thông Quốc
Tế
Magie Oxit
Đảo phổ giữa liên kết
Điều chế Mach-Zehnder
Ngưỡng phi tuyến
Khóa dịch biên độ khác
không
Sợi dịch tán sắc khác không
Bộ ghép kênh xen/rẽ quang
Chuyển đổi quang điện
quang
iv


Đồ án tốt nghiệp đại học

Thuật ngữ viết tắt

OPC
OSNR

Optical Phase Conjugation
Optical Signal-To-Noise Ratio


PPLN

Periodically-Poled Lithium-Niobate

PSB
QPM
SBS
SFG
SHG
SNR
SOA

Polarization Beam Splitter
Quasi-Phase Matching
Stimulated Brillouin Scattering
Sum-Frequency Generation
Second Harmonic Generation
Signal to Noise Ratio
Semiconductor Optical Amplifier

SPM
SRS
SSMF
WDM

Self Phase Modulation
Stimulated Raman Scattering
Standard Single-Mode Fiber
Wavelength Division Multiplexing


XPM

Cross Phase Modulation

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

Kết hợp pha quang
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
quang
Ống dẫn sóng lithium phân
cực theo chu kỳ
Bộ tách chùm phân cực
Giả hợp pha
Tán xạ Brillouin kích thích
Quá trình cộng tần số
Tạo hài bặc hai
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
Bộ khuếch đại quang bán
dẫn
Tự điều chế pha
Tán xạ Raman kích thích
Sợi quang đơn mode chuẩn
Ghép kênh phân chia theo
bước sóng
Điều chế chéo pha

v



Đồ án tốt nghiệp đại học

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Trong vài năm trở lại đây, sự bùng nổ về nhu cầu trao đổi thông tin làm cho
dung lượng của mạng quang tăng lên một cách nhanh chóng. Với tốc độ cao như vậy,
chất lượng hệ thống sẽ dễ bị tác động bởi méo truyền dẫn do các yếu tố như tán sắc và
phi tuyến trong sợi quang gây ra. Để bù méo truyền dẫn ở tốc độ cao, giải pháp sử
dụng kết hợp pha quang hiện đang được quan tâm. Đây là giải pháp xử lý tín hiệu
hoàn toàn trong miền quang với nhiều ưu điểm nổi trội như tốc độ đáp ứng nhanh, ít
phụ thuộc vào dạng tín hiệu, có thể xử lý được đồng thời nhiều kênh bước sóng
quang…
Hiện tượng tán sắc và phi tuyến ảnh hưởng rất lớn đến truyền dẫn thông tin
quang, nhất là các hệ thống quang tốc độ cao. Việc khắc phục các ảnh hưởng này là rất
quan trọng, giúp cải thiện chất lượng đường truyền và khả năng truyền dẫn của sợi
quang.
Nhận thức được vấn đề này, và nhờ sự hướng dẫn của ThS. Trần Thị Thủy Bình
em đã chọn đề tài “Nghiên cứu dùng kết hợp pha quang bù ảnh hưởng của tán sắc
và hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống quang tốc độ cao” làm đồ án tốt nghiệp đại
học.
Nội dung nghiên cứu gồm ba chương:
•

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc và phi tuyến trong hệ thống
thông tin quang

•

Chương 2: Nghiên cứu sử dụng kết hợp pha quang để bù ảnh hưởng của tán

sắc và hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống thông tin quang

•

Chương 3: Một số kết quả mô phỏng

Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do hạn chế về mặt thời gian nên nội dung của
đồ án khó tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các Thày,
Cô giáo, các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Cô giáo, ThS. Trần Thị Thủy Bình đã
nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.

Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2016
Sinh viên
Đặng Mạnh Sỹ

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

1


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ PHI
TUYẾN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

Tìm hiểu tổng quan về tán sắc, hiệu ứng phi tuyến cũng như nguyên nhân và
ảnh hưởng của chúng tới hệ thống thông tin quang tốc độ cao.
1.1 Tổng quan về tán sắc trong hệ thống thông tin quang
1.1.1 Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc
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
được 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 lượng ở trong nhóm riêng biệt lan truyền dọc
theo sợi). Tán sắc bên trong mode chính là sự dãn xung tín hiệu ánh sáng xảy ra trong
một mode. Vì tán sắc bên trong mode phụ thuộc vào bước sóng cho nên ảnh hưởng
của nó đến méo tín hiệu sẽ tăng lên theo sự tăng của độ rộng phổ nguồn phát (Độ rộng
phổ chính là dải bước sóng mà nguồn quang phát tín hiệu ánh sáng trên nó). Nó làm
cho các xung lan truyền trong sợi quang bị dãn rộng gây ra méo tín hiệu và làm xuống
cấp đặc tính hệ thống. Xung tín hiệu mà dãn quá rộng sẽ gây ra hiện tượng phủ chờm
khiến các xung kề nhau, và khi sự phủ chờm vượt quá mức nào đó thì thiết bị thu
quang sẽ không phân biệt nổi các xung này nữa và lúc này sẽ xuất hiện lỗi tín hiệu làm
giới hạn khả năng truyền dẫn.
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
tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sáng.
Tán sắc mode tồn tại trong các sợi quang đa mode (MM) khi mà các tia sóng
truyền lan trong sợi theo các đường khác nhau do đó dẫn đến thời gian lan truyền các
mode là khác nhau. Trong thông tin quang chỉ sử dụng sợi quang đơn mode (SM) thì
không tồn tại tán sắc mode.
Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng do sự thay đổi chiết suất của vật làm
nên lõi sợi, nên nó tạo ra sự phụ thuộc vận tốc nhóm vào bước sóng ánh sáng.
Tán sắc dẫn sóng là do sợi đơn mode chỉ giữ được khoảng 80% năng lượng ở
trong lõi vì vậy còn lại 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn ở trong lõi. Tán sắc
dẫn sóng phụ thuộc vào thiết kế sợi vì hằng số lan truyền mode


là một hàm của

(α là bán kính lõi), nó thường được bỏ qua trong sợi đã mode nhưng lại rất cần quan
tâm ở sợi đơn mode.

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

2


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

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 rộng một lượng là:
= D.∆λ.L
Trong đó:

(1.1)

D là tham số tán sắc, đặc trưng cho tán sắc của sợi có đợi vị là ps/
(km.nm).
.∆λ là độ rộng phổ nguồn quang
L là chiều dài sợi quang.

Hình 1. 1: Ảnh hưởng của tán sắc lên sợi quang


1.1.2 Các nguyên nhân gây tán sắc trong hệ thông quang tốc độ cao
Trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao không sử dụng sợi đa mode nên
không bị ảnh hưởng của tán sắc mode. Một số tán sắc ảnh hưởng tực tiếp đến hệ thống
thông tin quang tốc độ cao như tán sắc sắc thể (tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn sóng),
tán sắc bậc cao...
a. Tán sắc vật liệu
Nguyên nhân gây ra tán sắc vật liệu: do sự chênh lệch vận tốc nhóm của các
thành phần phổ khác nhau trong sợi. Nó xảy ra khi vận tốc pha của một sóng phẳng
lan truyền trong môi trường điện môi biến đổi không tuyến tính với bước sóng, và một
vật liệu được gọi là tán sắc chất liệu khi đạo hàm bậc hai của chiết suất theo bước sóng
khác không ( ≠ 0). Độ trải rộng xung do tán sắc vật liệu có thể thu được bằng cách
khảo sát thời gian trễ nhóm trong sợi quang.

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

3


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

Tán sắc vật liệu

suất hiện là do chỉ số chiết suất của sợi thủy tinh, loại vật


liệu dùng để chế tạo ra sợi quang, và những thay đổi của chúng theo tần số quang ω.
Có thể tính tán sắc vật liệu

theo công thức sau:

=Với

=

(1.2)

là chỉ số nhóm của vật liệu vỏ sợi. Dưới góc độ đơn giản, nguồn gốc của

tán sắc vật liệu có thể liên quan đến đặc tính tần số cộng hưởng mà tại đó vật liệu sẽ
hấp thụ sự phát xạ điện tử. Chỉ số chiết suất n( ) được làm xấp xỉ bằng phương trình
Sellmeier:
) = 1+

Với
và

là tần số cộng hưởng và

(1.3)

là cường độ giao động. N là viết thay cho cả

tùy thuộc vào đặc tính phân tán của lõi hay vỏ sợi có được xem xét hay không.
Đối với thủy tinh trong suốt ta có chỉ số nhóm:
=


(1.4)

Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm
vật liệu trong hình 1.2. Tán sắc vật liệu

thay đổi theo bước sóng đã gây ra tán sắc
có rằng buộc với đường bao của

công thức (1.4) suy ra rằng = 0 tại bước sóng λ = 1,27
như là bước sóng có tán sắc bằng không
có giá trị âm tại bước sóng dưới
bước sóng 1,25 1,66

, vì

theo

. Bước óng này được coi

= 0 tại λ =

. Tham số tán sắc

và dương tại bước óng ở trên

. Trong vùng

, tán sắc vật liệu có thể xác định bằng biểu thúc sau:
122(


Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

)

(1.5)

4


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

Với giá trị

= 1,276

thay đổi trong dải 1,27

1,29

chỉ đối với sợi thủy tinh thuần khiết. Giá trị này có thể
đối với sợi quang có lõi và vỏ được pha tạp để thay

đổi chỉ số chiết suất. Bước 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 tán sắc thể.

Hình 1. 2: Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm

thay đổi theo bước sóng ở sợi thủy tinh

b. Tán sắc ống dẫn sóng
Đối với sợi đơn mode, khi nói đến tắn sắc sắc thể, ngoài tán sắc vật liệu ta còn
phải xét đến tán sắc óng 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 triết suất trong phần lõi và vỏ của sợi quang khác nhau.
Sự khác biệt vận tốc truyền ánh sáng gây nên tán sắc ống dẫn sóng.

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

5


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

(a) Phần lõi xung;

(b) Phần lớp bọc xung; (c) Xung tổng cộng
Hình 1. 3: Tán sắc ống dẫn sóng


Tán sắc ống dẫn sóng

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 ống dẫn sóng
được tính theo công thức sau:
(1.6)
Với:

là chỉ số nhóm của vật liệu
b là hằng số lan truyền chuẩn.
(1.7)

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

>

>

là hằng số lan truyền dọc theo trục sợi.
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,

/ .

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5


6


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

V là tần số chuẩn hóa hay tham số V hay số V.
(1.8)
Ảnh hưởng của tán ống dẫn sóng lên độ giãn xung có thể được khảo sát trong giả
thiết rằng: chỉ số chiết suất của vật liệu không phụ thuộc vào bước sóng.
Hình 1.4 chỉ ra
hàm là dương nên

và

thay đổi theo V. Do cả hai đạo

là âm trong toàn bộ vùng bước sóng 0 1,6

nhiều so với tán sắc vật liệu
sóng thấp hơn hay cao hơn

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

. Điều này khác


có cả giá trị âm và giá trị dương tương ứng với bước
(

bước sóng có tán sắc bằng không).

7


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

Hình 1. 4: Tham số b và các vi phân của nó
tham số V

và

thay đổi theo

Trong sợi đơn mode, hệ số tán sắc tổng:
D=

(1.9)

Tác động chính của tán sắc ống dẫn sóng là để dịch bước sóng
30


đi một lượng

40 nm nhằm thu được tán sắc tổng D bằng không tại gần 1310 nm. Nó cũng làm

giảm D từ giá trị

trong vùng bước sóng 1,3

Vì tán sắc ống dẫn sóng

.

phụ thuộc vào các tham số sợi quang như bán kính

lõi a và sự khác nhau về chỉ số chiết suất
được dịch sát tới bước sóng 1,55

1,6

nên cho phép có thể thiết kế sợi sao cho

. Các sợi như vậy được gọi là sợi tán sắc dịch

chuyển.

Hình 1. 5: Tán sắc tổng D và các tán sắc vật liệu

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5


,

cho sợi đơn mode thông dụng

8


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

c. Tán sắc bậc cao
Như phân tích ở trên thì ta thấy rằng, tích tốc độ và cự ly BL của sợi quang đơn
mode có thể tăng vô hạn khi hệ thống hoạt động tại bước sóng có tán sắc bằng không
nơi mà D = 0. Tuy nhiên, các hiệu ứng phân tán không hoàn toàn mất đi tại
. Các xung quang vẫn phải chịu sự co dãn do các hiệu ứng phân tán bậc cao hơn. Đặc
trưng này có thể hiểu rằng tán sắc D không thể đạt được giá trị bằng không tại tất cả
các bước sóng được chứa đựng trong phổ xung có tâm tại

. Rõ ràng là sự phụ thuộc

của tán sắc D vào bước sóng sẽ tham gia vào quá trình dãn xung. Các hiệu ứng phân
tán bậc cao hơn được đặc trưng bởi độ dốc tán sắc S = dD/d hoặc cũng được viết như
sau:
(1.10)

Trong đó: S tham số tán sắc vi phân.

là tham số tán sắc bậc ba.
Tại

,

, và S tỷ lệ với

.

Giá trị số của độ dốc tán sắc S đóng vai trò quan trọng trong thiết kế các hệ thống
WDM hiện đại. Từ S > 0 cho hầu hết các sợi quang, các kênh khác nhau có các giá trị
vận tốc nhóm GVD khác nhau không đáng kể. Đặc trưng này làm nó khó để bù tán sắc
cho tất cả các kênh đồng thời. Để giải quyết vấn đề này, các loại sợi mới đã được phát
triển để cho giá trị S hoặc là nhỏ (các sợi giảm tốc độ) hoặc là âm (các sợi tán sắc
ngược).
Đối với nguồn phát có độ rộng phổ
thành D = S.

, giá trị hiệu dụng của tham số tán sắc trở

. Tích tốc độ bit B và cự ly truyền dẫn L có thể được xác định bằng

biểu thức:
B.L.

.

= B.L. .

Đối với một laze bán dẫn đa mode có .

chuyển có S = 0,05 ps/km.

tại

= 1,55

<1

(1.11)

= 2 nm và một sợi quang tán sắc dịch
, tích BL có thể tiến tới 5 Tbit/s.km. Để

cải thiện đặc tính này hơn nữa có thể sử dụng các laze bán dẫn đơn mode.
Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

9


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

Hình 1. 6: Bước sóng phụ thuộc vào tham số D đối với các sợi tiêu chuẩn, sợi dịch tán sắc, và
sợi tán sắc phẳng

1.2 Tổng quan về phi tuyến trong hệ thống thông tin quang

1.2.1 Giới thiệu chung về phi tuyến
Các hệ thống thông tin quang đang được khai thác trên mạng viễn thông hiện nay
đều sử dụng các sợi quang truyền dẫn trong môi trường tuyến tính mà ở đó các tham
số sợi không phụ thuộc vào công suất quang. Khi công suất trong sợi quang nhỏ thì sợi
quang được xem là môi trường tuyến tính, tính phi tuyến của sợi quang (chủ yếu là do
chiết suất) có thể bỏ qua. Hiệu ứng phi tuyến của sợi quang (hiệu ứng quang được gọi
là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng) xuất hiện khi
tốc độ dữ liệu, chiều dài truyền dẫn, số bước sóng và công suất quang tăng lên. Các
hiệu ứng phi tuyến này ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng truyền dẫn của hệ thống và
trở nên quan trọng hơn do sự phát triển của bộ khuếch đại quang sợi EDFA cùng với
sự phát triển của các hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM. Tăng hiệu
Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

10


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

quả truyền thông tin có thể làm được bằng việc tăng tốc độ bit, giảm khoảng cách giữa
các kênh hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên. Các ảnh hưởng của phi tuyến sợi trở
nên đóng vai trò quyết định hơn vì nó sẽ gây ra một số hiện tượng như xuyên âm giữa
các kênh, suy giảm mức tín hiệu của từng kênh dẫn đến suy giảm tỷ số tín hiệu trên
nhiễu S/N.
Mặc dù công suất riêng của mỗi kênh có thể thấp dưới mức cần thiết để xuất hiện
tính phi tuyến và tổng công suất của tất cả các kênh có thể đủ lớn, nhưng sự kết hợp

của tổng công suất quang cao và một số lượng lớn các kênh ở các bước sóng gần nhau
sẽ trở nên lý tưởng cho nhiều loại hiệu ứng phi tuyến. Với tất cả lý do này cho thấy
tầm quan trọng của các hiệu ứng phi tuyến.
Môi trường phi tuyến:
Môi trường mà độ phân cực điện môi P của nó tỷ lệ tuyến tính với cường độ điện
trường tác động lên nó gọi là môi trường tuyến tính.
(1.12)
Ở đây hệ số tỷ lệ

phụ thuộc vào điều kiện vật lý của chất điện môi và được gọi

là độ cảm điện môi. Môi trường mà độ phân cực P của nó không tỷ lệ tuyến tính với
cường độ điện trường tác động lên nó gọi là môi trường phi tuyến.

Hình 1. 7: Đồ thị miêu tả sự phụ thuộc của độ phân cực P theo điện trường E

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

11


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

Các hiệu ứng phi tuyến có thể chia ra thành hai loại:
•


Hiệu ứng Kerr : sinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất vào công suất
quang. Các hiệu ứng phi tuyến chính như hiệu ứng tự điều chế pha
(SPM), hiệu ứng điều chế xuyên pha (XPM) và hiệu ứng trộn bốn bước
sóng (FWM).

•

Hiệu ứng tán xạ: Phát sinh do tác động qua lại giữa các sóng ánh sáng
với các phonon (rung động phân tử ) trong môi trường silica. Có hai
hiệu ứng chính là tán xạ do kích thích Raman (SRS) và tán xạ do kích
thích Brillouin (SBS).

a. Hiệu ứng tự điều chế pha SPM
Đây là hiện tượng khi cường độ quang đưa vào thay đổi, hiệu suất khúc xạ của
sợi quang cuãng biến đổi theo, gây sự biến đổi pha của sóng quang. Sau khi kết hợp
với tán sắc của sợi quang sẽ dẫn đến tần phổ giãn rộng và tích lũy theo sự tăng lên
của chiều dài. Sự biến đổi công suất quang càng nhanh thì biến đổi tần số quang cũng
càng lớn, gây ảnh hưởng lớn tới hệ thống tốc độ cao.

Hình 1. 8: Ảnh hưởng của hiệu ứng tự điều chế pha SPM

Hiệu ứng SPM có chiết suất lõi sợi phụ thuộc vào cường độ sáng truyền trong
đó. Chỉ số chiết suất biến đổi như sau:
với j=1,2
Trong đó:

là hệ số chiết suất phi tuyến,

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5


(1.13)
/W

12


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

là hệ số tuyến tính khúc xạ
là diện tích vùng lõi hiệu dụng
P là công suất nguồn quang
Hằng số truyền lan

được biểu diễn theo công thức:
(1.14)

Với:

là thành phần tuyến tính của hằng số lan truyền pha
là tần số góc của ánh sáng
là chiết suất tuyến tính và là nguyên nhân gây ra tán sắc vật liệu
n là chiết suất của môi trường
là độ cảm điện
là hệ số lan truyền pha phi tuyến

Do

được tính theo công thức trên nên sẽ có độ dịch pha bổ xung. Độ dịch pha

này được tính bằng:
(1.15)
Dựa vào công thức 1.15 ta có: độ dịch pha phi tuyến

của sóng mang quang

thay đổi theo thời gian do cường độ công suất của xung ánh sáng thay đổi theo thời
gian. Sự thay đổi này là do sự thay đổi của công suất đầu vào

hay sự biến thiên

theo thời gian của biên độ xung khi xung lan truyền dọc theo sợi quang. Do

thay

đổi theo thời gian dẫn đến một sự dịch chuyển về tần số. Hiện tượng phi tuyến tương
ứng với sự thay đổi tần số xảy ra do sự dịch pha gây ra bởi chính xung ánh sáng được
gọi là hiệu ứng tự điều chế pha SPM.

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

13


Đồ án tốt nghiệp đại học


Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

b. Hiệu ứng điều chế xuyên pha
Trong hệ thống đa kênh WDM, độ dịch pha của một kênh không nhưng phụ
thuộc vào công suất của chính kênh đó mà còn phụ thuộc vào công suất của những
kênh còn lại, dẫn đến hiện tượng dược gọi là điều chế xuyên pha XPM.

Hình 1. 9: Ảnh hưởng của hiệu ứng điều chế xuyên pha XPM

Trong trường hợp này, độ dịch pha phi tuyến của một kênh (kênh j) là:
j = 1,2,3,....M

(1.16)

Với M: Tổng số kênh
,

là công suất kênh j và kênh m (m

).

Hệ số 2 chỉ ra rằng nếu công suất của các kênh là như nhau thì ảnh hưởng của
hiệu ứng XPM lớn gấp 2M lần hiệu ứng SPM. Độ dịch pha tổng bây giờ phụ thuộc
vào tất cả các kênh tín hiệu. Do đó, XPM không chỉ phụ thuộc vào công suất của
kênh tín hiệu mà còn phụ thuộc vào số lượng kênh tín hiệu. Số kênh tín hiệu càng
nhiều, ảnh hưởng của XPM càng lớn.
c. Hiệu ứng trộn bốn sóng FWM

Trong hệ thống WDM sử dụng các tần số

.....

sự phụ thuộc của chiết suất

vào cường độ công suất không chỉ gây ra sự dịch pha trong mỗi kênh mà còn sinh ra
tần số mới như là

và

. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trộn bốn

sóng FWM. Rtais với SPM và XPM chỉ có ảnh hưởng với các hệ thống tốc độ bit
cao, hiệu ứng trộn bốn sóng không chỉ phụ thuộc vào tốc độ bit mà còn phụ thuộc
Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

14


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

chặt chẽ vào khoảng cách giữa các kênh và tán sắc màu của sợi. Giảm khoảng cách
kênh và giảm tán sắc màu đều làm tăng ảnh hưởng của hiệu ứng trộn bốn sóng. Do
đó, các ảnh hưởng của FWM phải được xét đến ngay cả ở các hệ thống tốc độ vừa

phải khi khoảng cách các kênh gần nhau hoặc khi sử dụng sợi dịch chuyển tán sắc.
Giả sử có ba trường quang tương ứng với các tần số là
thời trong sợi quang thì sẽ tạo ra trường quang mới

,

và

truyền đồng

được tính theo công thức:
(1.17)

Hình 1. 10: Hiệu ứng FWM

Do việc tạo ra tần số mới là tổ hợp của các tần số tín hiệu nên hiệu ứng FWM
sẽ làm giảm công suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM. Hơn nữa, nếu
khoảng cách các kênh bằng nhau thì tần số mới tạo ra có thể rơi vào tần số các kênh
tín hiệu, gây ra xuyên âm các kênh làm giảm chất lượng hệ thống.
Ảnh hưởng của FWM càng lớn nếu khoảng cách giữa các kênh càng nhỏ cũng
như khoảng cách truyền dẫn và mức công suất của mỗi kênh lớn. vì vậy hiệu ứng
FWM sẽ hạn chế dung lượng và cự li truyền dẫn của hệ thống WDM.
1.2.2 Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến
Các hiệu ứng phi tuyến đều gây ra các ảnh hưởng rất lớn đến các đặc tính và
chất lượng của hệ thống WDM. Chúng gây ra xuyên âm giữa các kênh, suy giảm
Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

15



Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Khái quát về ảnh hưởng của tán sắc
và phi tuyến trong hệ thống thông tin

quang

mức công suất của từng kênh dẫn đến suy giảm hệ số SNR, ảnh hưởng đến chất
lượng hệ thống.
Các ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến phụ thuộc vào mức công suất từng kênh,
số lượng kênh, khoảng cách giữa các kênh bước sóng, cự ly truyền dẫn và mặt cắt
ngang của sợi quang. Tuyến càng dài thì sự tác động qua lại giữa ánh sáng và vật liệu
sợi quang càng lớn làm tăng ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến. Nhưng khi lan
truyền trong sợi thì do bị suy hao, nên công suất của tín hiệu sẽ bị giảm đi, nên hầu
hết các hiệu ứng phi tuyến chỉ xảy ra trong khoảng đầu của sợi quang và giảm đi khi
tín hiệu lan truyền.
Như vậy, việc nắm rõ các hiệu ứng phi tuyến này là rất cần thiết để có thể hạn
chế các ảnh hưởng không có lợi của nó và tối ưu hóa trong việc thiết kế hệ thống
truyền dẫn quang.
Kết luận: Tán sắc hiệu ứng phi tuyến gây ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống thông
tin quang tốc độ cao. Tán sắc làm cho các xung lan truyền trong sợi quang bị dãn
rộng gây ra méo tín hiệu và làm xuống cấp đặc tính hệ thống. Trong hệ thống thông
tin quang tốc độ cao không sử dụng sợi đa mode nên không bị ảnh hưởng của tán sắc
mode. Một số tán sắc ảnh hưởng tực tiếp đến hệ thống thông tin quang tốc độ cao
như tán sắc sắc thể (tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn sóng), tán sắc bậc cao.
Các hiệu ứng phi tuyến đều gây ra các ảnh hưởng rất lớn đến các đặc tính và
chất lượng của hệ thống WDM. Chúng gây ra xuyên âm giữa các kênh, suy giảm
mức công suất của từng kênh dẫn đến suy giảm hệ số SNR, ảnh hưởng đến chất
lượng hệ thống. Các ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến phụ thuộc vào mức công suất
từng kênh, số lượng kênh, khoảng cách giữa các kênh bước sóng, cự ly truyền dẫn và

mặt cắt ngang của sợi quang. Nhưng khi lan truyền trong sợi thì do bị suy hao, nên
công suất của tín hiệu sẽ bị giảm đi, nên hầu hết các hiệu ứng phi tuyến chỉ xảy ra
trong khoảng đầu của sợi quang và giảm đi khi tín hiệu lan truyền.

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

16


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 2: Nghiên cứu sử dụng kết hợp pha để bù ảnh

hưởng
của tán sắc và hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống thông tin quang

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT HỢP PHA QUANG ĐỂ BÙ
ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ HIỆU ỨNG PHI TUYẾN TRONG
HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
Trong chương trước chúng ta đã tìm hiểu về tán sắc và hiệu ứng phi tuyến cũng
như nguyên nhân và ảnh hưởng của chúng đến hệ thống thông tin quang tốc độ cao.
Chương này sẽ trình bày các gải pháp để bù lại ảnh hưởng của tán sắc và hoặc phi
tuyến. Tìm hiểu về giải pháp kết hợp pha quang bù ảnh hưởng của tán sắc và hiệu ứng
phi tuyến trong hệ thống thông tin quang.
2.1 Các giải pháp bù ảnh hưởng của tán sắc và phi tuyến
Tùy từng hệ thống truyền dẫn mà những ảnh hưởng của tán sác, hiệu ứng phi
tuyến sẽ khác nhau. Ví dụ như trong hệ thống quang điều biến cường độ và tách sóng
trực tiếp IM-DD (Intensity Modulation – Direct Detector) thông thường thì hiệu ứng
phi tuyến có thể bỏ qua và chỉ dẫn một bước sóng trên một sợi quang. Nhưng với hệ
thống đa kênh, cụ thể là hệ thống WDM thì hiệu ứng phi tuyến cần được xem xét kỹ

lưỡng, vì lúc này hiệu ứng phi tuyến sẽ tạo ra các bước sóng hài ảnh hưởng đến các
kênh khác trong hệ thống WDM.
2.1.1 Bù ảnh hưởng của tán sắc sợi quang trong truyền dẫn
Sợi quang đơn mode có giá trị suy hao nhỏ nhất tại vùng bước sóng 1550 nm,
nhưng tại đây tồn tại giá trị tán sắc rất lớn, khoảng từ 16-20 ps/km.nm. Hơn nữa trong
hệ thống WDM có sử dụng bộ khuếch đại quang sợi pha tạp EDFA (chỉ hoạt động tại
vùng bước sóng 1550 nm), khi đó vấn đề tán sắc trở thành vấn đề quan tâm hàng đầu.
Tán sắc làm tăng tỷ lệ lỗi bit, giới hạn tốc độ và khoảng cách truyền của mạng. Để xây
dựng hoặc nâng cấp các mạng thông tin quang tốc độ cao, cự ly xa (vài nghìn km), tốc
độ cao (vài chục Gb/s) thì vấn đề cần giải quyết làm giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của
tán sắc trong sợi quang.
a. Bù tán sắc bằng điều chế tự dịch pha SPM (Self Phase Modulation)
SPM sử dụng hiệu ứng Kerr phi tuyến để nén xung. Kỹ thuật này đòi hỏi mức
công suất của tín hiệu phải nằm trong vùng phi tuyến của sợi quang. Do đó, bù tán sắc
bằng SPM xảy ra gần phía phát (trong vùng công suất quang còn đủ lớn để gây nên
hiệu ứng phi tuyến).

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

17


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 2: Nghiên cứu sử dụng kết hợp pha để bù ảnh

hưởng
của tán sắc và hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống thông tin quang

Hình 2. 1: Sự dãn xung do ảnh hưởng của SPM


Trên hình 2.1 có ba đường biểu diễn độ rộng xung theo thời gian truyền trong ba
trường hợp tán sắc khác nhau: trường hợp sợi có tán sắc âm (đường nét đứt) thì xung
co lại sau đó bị dãn rộng ra rất nhanh, nhanh hơn cả tán sắc dương. Với sợi có hệ số
tán sắc D = -1 ps/km.nm, tại khoảng cách tầm 10km thì độ rộng xung đạt cực tiểu (15
ps), nhưng khoảng cách 60km thì độ rộng xung đạt 40 ps. Vói tán sắc dương (đường
nét liền với loại G652, G653), độ rộng xung đạt cực tiểu tại khoảng cách 60km, nếu
tiếp tục truyền thì xung sẽ bị dãn rộng ra do các hiệu ứng tán sắc thông thường. Như
vậy, nếu xung tín hiệu truyền ở ngưỡng phi tuyến ở một công suất nào đó có thể loại
bỏ được tán sắc.
Phương pháp bù tán sắc bằng điều chế dịch pha SPM làm tăng đáng kể khoảng
cách trạm lặp, nên giảm số trạm lặp trên tuyến, cho phép tận dụng số sợi theo chuẩn
G652 có sẵn trên tuyến, làm giảm giá thành thiết bị trên tuyến. Tuy nhiên, khi sử dụng
phương pháp SPM thì có thể sảy ra hiện tượng nén xung không mong muốn do dễ bị
“bù quá”, mặt khác, nó còn yêu cầu độ rộng phổ laser phải tốt.
b. Bù tán sắc thụ động PDC (Passive Dispersion Compensator)
Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là sử dụng bộ bù tán sắc thụ động PDC
để khắc phục giới hạn về cự ly truyền dẫn do tán sắc gây nên. Khi đặt PDC trên đường
truyền, suy hao xen của thiết bị (khoảng vài dB) sẽ làm giảm suy hao của hệ thống. Do
vậy, PDC được đặt trước bộ khuếch đại công suất quang ở phía phát và đặt sau bộ tiền
khuêch đại ở phái thu. Hệ số khuếch đại của các bộ khuếch đại này sẽ bù lại suy hao
do PDC gây ra mà không làm giảm quỹ công suất của hệ thống. Tuy nhiên, việc sử
dụng PDC ở phía phát thì bắt buộc phải sử dụng khuêch đại công suất ở phía thu.
Nhưng bộ bù PDC là bù tán sắc tuyến tính nên công suất do bộ khuếch đại này đưa ra
Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

18


Đồ án tốt nghiệp đại học


Chương 2: Nghiên cứu sử dụng kết hợp pha để bù ảnh

hưởng
của tán sắc và hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống thông tin quang

phải được kiểm soát ở mức sao cho không sảy ra các hiệu ứng phi tuyến. Do đó nên
hạn chế sử dụng PDC ở phía phát.
c. Bù tán sắc bằng dịch tần trước PCH (Pre-chirp)
Nguyên lý của phương pháp này thực hiện dịch phổ trong khoảng thời gian của
xung quang, hay nói cách khác, PCH là sự sắp đạt lại bước sóng sao cho ánh sáng có
bước sóng dài hơn bước sóng trung bình tập trung ở sườn xuống của xung tín hiệu
phát. khi tín hiệu truyền trong sợi quang có bước sóng dài hơn sẽ bị dịch chuyển nhiều
hơn. Do vậy nếu chọn được khoảng cách truyền hợp lý thì xung sẽ không bị dãn ở đầu
thu, tức là tránh được ảnh hưởng của tán sắc.
Phương pháp này có nhược điểm là chỉ bù được tán sắc trong một khoảng nhỏ.
Hơn nữa, khi sử dụng phương pháp này, đòi hỏi kỹ thuật ở phía phát cao. PCH thường
được kết hợp trong đầu phát để bù một phần dịch tần do nguồn phát gây ra, do đó, nó
phải kết hợp với một số phương pháp bù tán sắc như PDC hay DST thì mới bù hoàn
toàn tán sắc gây ra trên tuyến.
d. Bù tán sắc bằng sợi DCF (Dispersion Compensating Fiber)
Khi tín hiệu truyền trên tuyến thì tín hiệu quang đó được coi là truyền trên nhiều
đoạn sợi ghép lại với nhau, mà các đoạn sợi này có đặc tính tán sắc khác nhau. Chúng
ta thay thế một số đoạn sợi trên tuyến bằng sợi DCF để bù lại tán sắc trên hệ thống
quang.
Dùng sợi DCF có nhược điểm là suy hao sợi DCF lớn, phải sử dụng thêm bộ
khuếch đại để bù suy hao do sợi gây ra. Các sợi bù tán sắc DCF đơn mode thường gặp
một số vấn đề như: 1km sợi DCF sẽ bù tán sắc cho khoảng 10÷12 km sợi đơn mode
tiêu chuẩn, hơn nữa, suy hao của sợi tương đối cao ở vùng bước sóng hoạt động 1550
nm do có suy hao uốn cong lớn, ngoài ra, do đường kính mode tương đối nhỏ nên

cường độ quang là lớn hơn tại công suất đầu vào đã cho làm tăng ảnh hưởng của các
hiệu ứng phi tuyến.
Để khắc phục nhược điểm của sợi DCF đơn mode, người ta đã chế tạo ra sợi hai
mode sao cho mode bậc cao hơn gần với bước sóng cắt (V 2,5). Loại sợi này có suy
hao bằng sợi DCF đơn mode nhưng chúng có thể có tham số tán sắc D đối với mode
bậc cao hơn có giá trị âm lớn, có thể lên tới D = -770 ps/km.nm, điều này cho phép
1km DCF có thể bù tán sắc cho tuyến dài 40 km. Ưu điểm của sợi DCF hai mode là nó
cho phép bù tán sắc băng rộng. Sử dụng sợi bù tán sắc đã xây dựng được các tuyến
thông tin tốc độ cao và cự ly xa. Để bù tán sắc cho truyền dẫn dài thì các sợi bù tán sắc
DCF được đặt xen vào các khoảng lập trên tuyến. Các thiết bị khuếch đại EDFA sẽ bù
suy hao cho cả sợi truyền dẫn và sợi DCF.
Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

19


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 2: Nghiên cứu sử dụng kết hợp pha để bù ảnh

hưởng
của tán sắc và hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống thông tin quang

e. Bù tán sắc bằng sự kết hợp pha quang OPC (Optical Phase Conjugation)
Mặc dù việc ứng dụng kết hợp pha quang (OPC) cho bù tán sắc được đề xuất từ
1979 nhưng phải đến nắm 1993 thì kỹ thuật OPC mới được thực nghiệm; kể từ đó nó
đã nhanh chóng thu hút được sự chú ý của mọi người. Kỹ thuật này sẽ được trình bày
cụ thể trong phần sau
2.1.2 Bù ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến trong truyền dẫn quang
Với các hiệu ứng phi tuyến liên quan đến hiệu ứng Kerr trong các hệ thống

WDM có N kênh, nếu các kênh có các công suất phát như nhau thì hiệu ứng XPM có
ảnh hưởng lớn gấp N lần hiệu ứng SPM cho nên có thể bỏ qua việc phân tích SPM mà
tập trung vào phân tích ảnh hưởng của hiệu ứng XPM.
a. Giảm ảnh hưởng của hiệu ứng XPM
Hiệu ứng XPM không chỉ gây ra các ảnh hưởng tới tán sắc của hệ thống mà còn
gây ra sự giãn rộng phổ của kênh quang. Với sự ảnh hưởng tới tán sắc thì hiệu ứng này
tạo ra các tán sắc âm, tức là làm co hẹp độ rộng các xung, điều này không gây ảnh
hưởng gì lớn đến chất lượng hệ thống. Nhưng với ảnh hưởng làm giãn rộng phổ của
kênh không những làm méo cường độ của kênh mà còn có thể ảnh hưởng tới các kênh
lân cận nếu khoảng cách giữa các kênh không được đảm bảo.
Để giải quyết vấn đề ảnh hưởng giãn rộng phổ của hiệu ứng XPM tới các kênh
lân cận thì cách tốt nhất là đảm bảo khoảng các kênh an toàn. Đảm bảo khoảng cách
kênh an toàn cũng có nghĩa là giảm độ rộng phổ của các nguồn phát quang trong hệ
thống WDM, tức là sử dụng các nguồn phát quang có độ rộng phổ hẹp hơn. Hiện nay
sử dụng các chuẩn theo khuyến nghị của ITU-T với công suất nhỏ hơn 5 mW trên một
kênh thì ảnh hưởng của của xuyên nhiễu của các kênh lân cận do XPM là không đáng
kể. Tuy nhiên, nếu công suất phát càng lớn thì sự mở rộng phổ của tín hiệu do hiệu
ứng XPM càng lớn vì thế việc phân tích phổ ảnh hưởng của XPM gặp khó khăn. Vấn
đề tính khoảng cách kênh cho các hệ thống WDM có nhiều kênh sẽ không thiết thực vì
thế phải tính toán mức công suất ảnh hưởng của hiệu ứng XPM để bù cho nó.
Bằng việc phân tích phổ lan truyền của tín hiệu biểu diễn dưới dạng phương
trình Schoedinger phi tuyến và áp dụng phương pháp hàm chuyển đổi chuỗi Voltera
biến đổi Bo Xu đã đưa ra kết quả như sau:
Méo cường độ của một kênh bất kỳ do hiệu ứng XPM của kênh thứ k là:

(2.1)

Đặng Mạnh Sỹ - D12VT5

20