Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

MỤC LỤC

1


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

DANH MỤC HÌNH ẢNH

2


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

MỞ ĐẦU
Các hệ thống thông tin hiện đại ngày càng được mở rộng và nhu cầu trao đổi
thông tin giữa các quốc gia, châu lục ngày càng gia tăng. Nó đòi hỏi cần phải có một
cách thức truyền tín hiệu nhanh hơn, hiệu quả hơn để đáp ứng được sự phát triển không
ngừng đó. Sợi quang chính là giải pháp được chọn vì nó có rất nhiều ưu điểm: tốc độ
truyền dẫn nhanh, băng thông lớn, ít suy hao, sợi quang nhỏ nhẹ, độ bền cao... thông tin
quang đảm nhận vai trò truyền dẫn xuyên lục địa, mạng đường trục quốc gia, đường
trung kế. Hệ thống thông tin sợi quang còn được ứng dụng trong y tế, truyền số liệu,
truyền hình...
Tuy hệ thống thông tin sợi quang có rất nhiều ưu điểm nhưng nó vẫn tồn tại
nhiều nhược điểm cần phải khắc phục như: suy hao và đặc biệt là tán sắc. Chính vì thế
nên trong khuôn khổ bài tập lớn nhóm em sẽ trình bày về tán sắc trong sợi quang, các

cách khắc phục và mô phỏng phương pháp bù tán sắc bằng phần mềm OptiSystem.
Đề tài không thể tránh khỏi sai sót, mong cô và các bạn góp ý để nhóm có thể
hoàn thiện hơn.

3


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI
Đề tài: Tìm hiểu tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF trong hệ thống thông tin
quang.
1.1. Mục đích
- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của sợi quang
- Hiểu rõ tán sắc và ảnh hưởng của nó trong thông tin quang.
- Tìm hiểu các phương pháp bù tán sắc hiện nay.
- Bản chất và nguyên tắc hoạt động của bù tán sắc sử dụng sợi quang DCF
- Nâng cao hiệu quả làm việc nhóm.
1.2. Kế hoạch thực hiện và phân chia công việc

Nguyễn Văn Huỳnh
Ngô Đăng Nam
Vũ Bạch Nhật
Nguyễn Quang Huy
Đặng Thanh Tùng

- Tìm hiểu đề tài
- Phân chia công việc
- Tổng hợp, thiết kế slide

- Tìm hiểu đề tài
- Tìm hiểu về sợi quang
- Tìm hiểu đề tài
- Tìm hiểu về bù tán sắc
- Tìm hiểu đề tài
- Tìm hiểu tán sắc trong sợi quang
- Tổng hợp, viết báo cáo

4


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

CHƯƠNG 2: SỢI QUANG
2.1. Khái niệm sợi quang
Sợi quang là ống dẫn sóng điện môi hình trụ hoạt động tại tần số quang, dẫn ánh
sáng theo hướng song song với trục sợi. Lõi có chiết suất lớn hơn vỏ 0,1- 0,3%.
Sợi quang là một môi trường truyền thông tin nhanh hơn cáp đồng trục nhiều
lần.
2.2. Cơ sở quang học
Ánh sáng dùng trong thông tin quang nằm ở vùng cận hồng ngoại với bước song
từ 800nm đến 1600nm. Đặc biệt có 3 bước sóng thông dụng là 850nm, 1300nm,
1550nm.

Chiết suất của môi trường:

Trong đó :
n: chiết suất của môi trường.
C: vận tốc ánh sáng trong chân không

C = 3.10^8 m/s
V: vận tốc ánh sáng trong môi trường
Vì V ≤ C nên n ≥ 1
Sự phản xạ toàn phần:
Định luật Snell:
Trong đó:
n1: chiết suất môi trường 1
n2: chiết suất môi trường 2
α: góc tới hợp bởi tia sáng từ môi trường 1 tới mặt phẳng phân cách và
pháp tuyến của mặt phẳng đó
β: góc hợp bởi tia sáng từ mặt phẳng phân cách tới môi trường 2 và
pháp tuyến của mặt phẳng đó

5


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

Hình 1: Khúc xạ và phản xạ toàn phần
Nếu n2 < n1 thì khi góc tới đạt giá trị đủ lớn α > αth (với αth là góc khúc xạ tới
hạn) thì tia sáng sẽ phản xạ lại môi trường cũ. Hiện tượng này được gọi là phản xạ toàn
phần.
Dựa vào công thức Snell có thể tính được góc tới hạn αth:

Sự truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang
Nguyên lý truyền dẫn chung: Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang
được chế tạo gồm một lõi (core) bằng thuỷ tinh có chiết suất n1 và một lớp bọc
(cladding) bằng thuỷ tinh có chiết suất n 2 với n1 > n2 ánh sáng truyền trong lõi sợi
quang sẽ phản xạ nhiều lần (phản xạ toàn phần) trên mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp vỏ

bọc. Do đó ánh sáng có thể truyền được trong sợi có cự ly dài ngay cả khi sợi bị uốn
cong với một độ cong có giới hạn.

6


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

Hình 2: Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang [6]
2.3. Cấu tạo sợi quang
Thành phần chính của sợi quang gồm lõi (core) và lớp bọc (cladding). Lõi có tác
dụng dẫn ánh sáng và lớp bọc để giữ ánh sáng tập trung trong lõi nhờ sự phản xạ toàn
phần giữa lõi và lớp bọc.
Để bảo vệ sợi quang, tránh nhiều tác dụng do điều kiện bên ngoài sợi quang còn
được bọc thêm một vài lớp:
- Lớp phủ hay lớp vỏ thứ nhất (primary coating)
- Lớp vỏ thứ hai (Secondary coating)
Lớp phủ
Lớp phủ có tác dụng bảo vệ sợi quang:
- Chống lại sự xâm nhập của hơi nước
- Tránh sự trầy sướt gây nên những vết nứt
- Giảm ảnh hưởng vì uốn cong
Lớp vỏ
Lớp vỏ có tác dụng tăng cường sức chịu đựng của sợi quang trước các tác dụng
cơ học và sự thay đổỉ nhiệt độ, cho đến nay lớp vỏ có các dạng chính sau:
- Dạng ống đệm lỏng (Loose buffer)
- Dạng đệm khít (tight buffer)
- Dạng băng dẹt (Ribbon)
Mỗi dạng có những ưu nhược diểm khác nhau do đó được sử dụng trong từng

điều kiện khác nhau.

7


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

Hình 3: Cấu trúc sợi quang [6]
2.4. Phân loại sợi quang
2.4.1. Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ
a. Sợi quang có chiết suất nhảy bậc (sợi SI: Step- Index):
Đây là loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với chiết suất của lõi và lớp vỏ bọc khác
nhau một cách rõ rệt như hình bậc thang.

Hình 4: Sợi SI [7]
Chiết suất lõi không thay đổi, ánh sáng có thể truyền đi theo 3 cách với thời
gian đến đích khác nhau gây nên hiện tượng tán sắc,do độ tán sắc lớn nên sợi SI không
thể truyền tín hiệu số tốc độ cao qua cự ly dài được. Nhược điểm này có thể khắc phục
được trong loại sợi có chiết suất biến đổi.
b. Sợi quang có chiết suất biến đổi (sợi GI: Graded- Index):
Sự truyền ánh sáng trong sợi GI Sợi GI có dạng phân bố chiết suất lõi hình
parabol, vì chiết suất lõi thay đổi một cách liên tục nên tia sáng truyền trong lõi bị uốn
cong dần.
8


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________


Hình 5: Sợi GI [8]
Chiết suất lõi giảm dần từ tâm đến vỏ nên tia sáng truyền theo đường hình vòng
cung, liên tục hội tụ thành từng bó và cùng đến đích nên giảm được hiện tượng tán sắc.
2.4.2. Phân loại theo phân bố mode
a. Sợi đa mode (MM: Multi Mode):
Sợi đa mode lan truyền đồng thời ba tia sáng Axial Mode, High Order Mode và
Low Order Mode.
Các thông số của sợi đa mode thông dụng (50/125µm) là:
- Đường kính lõi: d = 2a = 50µm
- Đường kính lớp bọc: D = 2b = 125µm
- Độ chênh lệch chiết suất: Δ = 0,01 = 1%
- Chiết suất lớn nhất của lõi: n1 =1,46
b.Sợi đơn mode ( SM: Single Mode ):
Là sợi quang chỉ có một tia sáng Axial được lan truyền.
Các thông số của sợi đơn mode thông dụng là:
- Đường kính lõi:

d = 2a =9µm ÷ 10µm

- Đường kính lớp bọc: D = 2b = 125µm
- Độ lệch chiết suất: Δ = 0,003 = 0,3%
- Chiết suất lõi: n1 = 1,46
Độ tán sắc của sợi đơn mode rất nhỏ, đặc biệt ở bước sóng λ = 1300 nm độ tán
sắc của sợi đơn mode rất thấp ( ~ 0). Do đó băng thông của sợi đơn mode rất rộng và
truyền dữ liệu xa hơn sợi đa mode.
9


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________


CHƯƠNG 3: TÁN SẮC TRONG SỢI QUANG
Trong sợi quang, những tần số ánh sáng khác nhau và những mode khác nhau
cần thời gian khác nhau để truyền trên cùng một khoảng cách tạo ra sự dãn xung ánh
sáng theo thời gian khi truyền tín hiệu gây nên méo tín hiệu. Hiện tượng này gọi là tán
sắc.
Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang, kí hiệu Dt được xác định:
Trong đó:
τo, τi là độ rộng xung vào và xung ra.
Có ba loại tán sắc:
- Tán sắc mode
- Tán sắc ống dẫn sóng
- Tán sắc vật liệu
3.1. Tán sắc mode
Nguyên nhân
Khi phóng ánh sáng vào sợi đa mode, năng lượng ánh sáng phân thành nhiều
mode. Mỗi mode lan truyền với một vận tốc nhóm khác nhau nên thời gian lan truyền
của chúng trong sợi khác nhau. Sự khác nhau về thời gian lan truyền giữa các mode gây
ra tán sắc và tán sắc mode chỉ xảy ra ở sợi quang đa mode.
Xác định độ tán sắc mode trong sợi đa mode SI
Trong sợi đa mode SI, mọi tia sáng đi với cùng một vậ tốc
Để xác định độ tán sắc mode tong sợi đa mode SI, ta xét độ chênh lệch thời gian
lan truyền giữa hai mode ngắn nhất và dài nhất trong sợi quang dài L(km)

10


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________


Hình 6: Tán sắc mode trong sợi đa mode SI
- Tia 1 (mode ngắn nhất)
Độ dài lan truyền d1 = L
Thời gian truyền:
- Tia 2 (mode dài nhất)
Độ dài lan truyền d2 = L
Thời gian lan truyền:
Áp dụng định luật khúc xạ, ta có
Thay vào:
Do đó thời gian chênh lệch:
Độ chênh lệch này chính là tán sắc mode
Hoặc có thể tính độ tán sắc theo khẩu độ số NA

11


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________
3.2. Tán sắc vật liệu
Nguyên nhân
Do sự chênh lệch các vận tốc nhóm của các thành phần phổ khác nhau trong sợi.
Tán sắc vật liệu 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. Một vật liệu được gọi là tồn tại tán
sắc vật liệu khi đạo hàm bậc hai của chiết suất theo bước sóng khác 0 (d 2n/dλ2 ≠ 0).
Vận tốc pha, vận tốc nhóm
Trong sóng điện từ, có những điểm có pha không đổi. Đối với sóng ánh sáng
đơn sắc lan truyền dọc theo ống dẫn sóng theo phương z (trục ống dẫn sóng), với vận
tốc pha
Tuy nhiên trên thực tế, không thể tạo ra sóng ánh sáng hoàn toàn đơn sắc và
năng lượng của ánh sáng là tổng các thành phần có các tần số khác nhau. Do đó tồn tại

một nhóm các sóng có tần số gần giống nhau. Bó sóng này không lan truyền ở vận tốc
pha của các thành phần mà lan truyền với vận tốc nhóm
Nếu lan truyền trong một môi trường vô hạn có chiết suất n thì hằng số lan
truyền:
Suy ra:

Ta có:

Với gọi là chiết suất nhóm
Tán sắc vật liệu là phép đo những biến đổi của chiết suất khúc xạ nhóm N g ở
những bước sóng khác nhau. Tán sắc vật liệu được tính từ tích phân của N g theo bước
sóng:

12


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________
- Dmat = 0 tại là bước sóng có tán sắc vật liệu bằng 0 với thuỷ tinh thuần khiết,
có thể thay đổ itrong khoảng 1,27 đến 1,29µm với lõi và vỏ có pha tạp
- Dmat < 0 khi
- Dmat > 0 khi
- Trong dải 1,25 đến 1,66µm có thể tính Dmat theo công thức:
3.3. Tán sắc ống dẫn sóng
Đối với sợi đơn mode, ngoài tán sắc vật liệu, ta còn phải xét đến tán sắc ống dẫn
sóng. Khi ánh sáng truyền trong sợi quang, một phần chính được truyền trong lõi sợi,
phần nhỏ truyền trong phần lớp vỏ với những vận tốc khác nhau do chiết suất trong
phần lõi và vỏ của sợi quang khác nhau. Sự khác nhau này dẫn đến tán sắc ống dẫn
sóng. Tán sắc ống dẫn sóng Dwg(λ) là một hàm theo bước sóng.


Hình 7: Tán sắc ống dẫn sóng
Tán sắc tổng cộng:
Trong đó, tán sắc đơn sắc:
- Dchro = 0 tại λ = λZD
- Dchro < 0 tại λ < λZD
- Dchro > 0 tại λ > λZD
13


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________
λZD ≈ 1,31µ là bước sóng có tán sắc đơn sắc bằng không với thuỷ tinh
thuần khiết (dịch chuyển 30 - 40nm so với λZDmat)
3.4. Tán sắc phân cực mode (PMD)
Trên thực tế sợi quang đơn mode luôn truyền 2 mode sóng được gọi chung cùng
một tên. Các mode này là sóng điện từ được phân cực tuyến tính truyền trong sợi quang
trong những mặt phẳng vuông góc với nhau. Nếu chiết suất của sợi quang là không như
nhau trên phương truyền của 2 mode trên, hiện tượng tán sắc phân cực mode xảy ra.

Hình 8: Minh hoạ tán sắc phân cực mode [2]
Hằng số lan truyền của mỗi phân cực thay đổi theo chiều dài sợi quang cho nên
thời gian trễ trên mỗi đoạn sợi quang là ngẫu nhiên và có xu hướng khử lẫn nhau. Vì
vậy tán sắc phân cực mode tỉ lệ tuyến tính với că bậc 2 chiều dài sợi quag:

14


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________


15


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

CHƯƠNG 4: BÙ TÁN SẮC BẰNG SỢI DCF
4.1. Các phương pháp bù tán sắc
Như đã trình bày ở phần trên, tán sắc là hiện tượng xung ánh sáng quang học bị
dãn ra sau khi truyền đi một độ dài nhất định, là hiện thượng không thể tránh khỏi trong
các hệ thống thông tin quang, hiện tượng này ảnh hưởng rất lớn tới hiệu suất và chất
lượng của toàn bộ hệ thống. Một trong những công việc được ưu tiên hàng đầu khi thiết
kế các hệ thống thông tin quang đó là tính toán loại bỏ hoặc hạn chế tối đa sự ảnh
hưởng của hiện tượng tán sắc lên tín hiệu. Một số phương pháp khắc phục tán sắc đã
được nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả, ví dụ như các phương pháp sau:
4.1.1. Phương pháp bù trước
Phương pháp bù trước là một trong những phương pháp được nghiên cứu và ứng
dụng sớm nhất để loại bỏ tán sắc trong hệ thống thông tin quang. Do bản chất của tán
sắc là xung tín hiệu quang học bị dãn ra một mức độ nhất định khi truyền đi xa nên ý
tưởng của phương pháp bù trước chính là lợi dụng đặc điểm tán sắc đó của xung quang
học để truyền tín hiệu sao cho xung tín hiệu ở đầu thu là tín hiệu có dạng đúng như thiết
kế mong muốn. Cụ thể, phương pháp bù trước sẽ nén xung tín hiệu quang với tính toán
phù hợp trước khi truyền đi sao cho tín hiệu tại đầu thu bị tán sắc sẽ dãn ra một mức
vừa đúng để khôi phục dạng tín hiệu như mong đợi. Phương pháp này gây thêm yếu tố
suy hao cho toàn bộ hệ thống.
Tuy nhiên quá trình nén xung tín hiệu quang ở nguồn phát không đơn giản, các
kỹ thuật thông thường thực hiện không hiệu quả. Để thực hiện điều này người ta sử
dụng một kỹ thuật đặc biệt có tên là kỹ thuật Prechirp dựa trên lý thuyết truyền xung
chirp Gauss trong sợi quang. Bằng kỹ thuật này, nếu sử dụng xung chirp Gauss hợp lý
ta có thể tăng khoảng cách truyền tin tối đa lên gấp hai lần so với phương pháp truyền

tin thông thường.
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, các hệ thống thông tin quang
cũng ngày càng phát triển với các hệ thông có cự ly xa hơn, tới hàng nghìn kilomet.
Phương pháp khắc phục tán sắc bằng cách bù trước không phù hợp với các hệ thống
thông tin quang cự ly xa do tín hiệu dù đã nén trước khi truyền đi cũng chỉ có thể

16


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________
truyền được một khoảng cách nhất định, với các cự ly quá xa tín hiệu sẽ bị tán sắc tới
mức không thể khôi phục được.
4.1.2. Phương pháp bù sau
Giống như phương pháp bù trước, phương pháp bù sau cũng được lên ý tưởng
và nghiên cứu ứng dụng từ rất sớm. Nếu như với phương pháp bù trước ngời ta tính
toán nén tín hiệu trước khi truyền đi ở nguồn phát thì với phương pháp bù sau, tín hiệu
tại nguồn phát không thay đổi, người ta sẽ tính toán và nén xung tại nguồn thu để loại
bỏ ảnh hưởng của tán sắc, khôi phục tín hiệu gốc.
Phương pháp bù sau sử dụng bộ thu Heterodyne để nhận dạng tín hiệu và khôi
phục tín hiệu ban đầu. Bộ thu Heterodyne chuyển tín hiệu quang thu được thành tín
hiệu tần số sau đó chuyển qua bộ lọc thông dải có đáp ứng xung được tính toán trước
để loại bỏ thành phần không mong muốn.
Phương pháp bù sau là một phương pháp hiệu quả đối với các hệ thống thông tin
quang cự ly ngắn, nhưng do tín hiệu quang học truyền trong sợi quang tới một độ dài
nhất định thì sẽ bị tán sắc không thể khôi phục được nên phương pháp này cũng như
phương pháp bù trước, đều không phù hợp với các hệ thống thông tin quang cự ly xa.
4.1.3. Phương pháp bù liên tục
Phương pháp bù trước và bù sau có nhiều hạn chế với các hệ thống thông tin cự
ly xa, yêu cầu thực tế đặt ra vấn đề cần phải tìm hiểu & xây dựng một phương pháp bù

tán sắc có thể đáp ứng bù tán sắc cho các hệ thống thông tin quang có độ dài lớn.
Phương pháp bù liên tục được thiết kế để thực hiện yêu cầu đó. Với các module bù tán
sắc được mắc liên tục dọc theo hệ thống quang sợi, phương pháp này đảm bảo cho tín
hiệu xung quang học không bị dãn xung quá nhiều tới mức không thể khôi phục được
do khoảng cách truyền quá xa. Khoảng cách giữa các module bù tán sắc trên đường
truyền được tính toán trước sao cho xung tín hiệu quang học sau khi truyền một khoảng
tương ứng bằng khoảng cách giữa hai module sẽ được module tiếp theo biến đổi trở về
tín hiệu có dạng như tín hiệu gốc.
Để thực hiện phương pháp bù tán sắc liên tục, người ta có thể sử dụng nhiều kỹ
thuật khác nhau, ví dụ như:
- Sử dụng sợi bù tán sắc DCF
- Sử dụng sợi quang cách tử Bragg
- Sử dụng bộ lọc cân bằng quang
17


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________
Ba phương pháp nêu trên mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm riêng. Bài
báo cáo này sẽ trình bày về kỹ thuật sử dụng sợi bù tán sắc DCF để bù tán sắc liên tục
trong hệ thống thông tin quang.
4.2. Sợi quang bù tán sắc DCF
Sợi quang bù tán sắc DCF (Dispersion Compensating Fiber) là một loại sợi
quang đặc biệt được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1980 để khắc phục hiện
tượng tán sắc trong các hệ thống thông tin quang cự ly xa. Cho đến thời điểm hiện tại,
kỹ thuật sử dụng sợi quang DCF vẫn là một trong những kỹ thuật khắc phục hiện tượng
tán sắc được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống thông tin quang trên thế giới.
Kỹ thuật sử dụng sợi quang DCF có thiết kế đơn giản, độ tin cậy cao và dải phổ
rộng, có thể bù tán sắc cho nhiều bước sóng. Nhược điểm của kỹ thuật sử dụng sợi
quang DCF là độ phi tuyến lớn, do các sợi DCF thường có lõi nhỏ.

Để tìm hiểu bản chất của kỹ thuật sử dụng sợi DCF điều khiển tán sắc, ta xét
phương trình truyền xung quang học trong một đoạn sợi quang gồm hai thành phần mắc
nối tiếp, thành phần sợi quang cơ bản độ dài L p, tham số tán sắc và thành phần sợi
quang bù tán sắc DCF độ dài Ln, tham số tán sắc :
Trong đó:
A(L,t) : Xung tín hiệu A tại độ dài L và thời gian t
(L = Lp + Ln)
: Pha tín hiệu
Từ phương trình trên, ta thấy rằng yếu tố là yếu tố thay đổi trong quá trình
truyền lan tín hiệu. Nếu khử được thành phần trên, xung tín hiệu truyền đi sẽ khôi phục
hình dạng ban đầu. Thành phần là bình phương pha tín hiệu, để triệt tiêu thành phần
này ta cần làm cho , hay điều kiện để bù tán sắc là .
Xét mối liên hệ giữa tham số tán sắc và hệ số tán sắc D:
Điều kiện bù tán sắc có thể viết thành:
Với

: Độ tán sắc của sợi quang cơ bản độ dài Lp
Độ tán sắc của sợi quang DCF độ dài Ln

18


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________
Điều kiện trên đã chỉ ra đặc điểm cơ bản nhất của sợi quang bù tán sắc DCF, đó
là hệ số tán sắc âm Dn < 0 do trong sợi quang thông thường ở bước sóng 1,55µm có hệ
số Dp > 0.
Việc lựa chọn độ dài hai đoạn sợi quang ghép nối tiếp cũng phải thỏa mãn điều
kiện . Trong thực tế thiết kế người ta cố gắng chọn Ln nhỏ nhất có thể, đồng nghĩa với
Lp sẽ lớn để đảm bảo tổng chiều dài L=Ln+Lp phù hợp. Do đó, để thỏa mãn điều kiện

bù tán sắc thì người ta cần tạo ra sợi quang DCF với Dn có giá trị âm càng cao càng tốt
(Dn rất nhỏ, lớn)
Có hai hướng cơ bản để thiết kế sợi DCF:
- Thiết kế sợi DCF đơn mode với tần số chuẩn hóa v nhỏ (v1). Hướng thiết kế
này được sử dụng trong thời kỳ đầu nghiên cứu sợi DCF. Mode cơ bản được giới hạn
quanh mức v ≈ 1. Phần nhỏ các mode còn lại được truyền ở lớp bọc (cladding), là nơi
chiết suất nhỏ, ống dẫn sóng làm gia tăng thêm tán sắc nhóm và kết quả là hệ số tán sắc
có giá trị D ≈ -100ps/(nm.km) Thiết kế làm giảm lớp bọc thường được sử dụng trong
thực tế sản xuất sợi DCF. Tuy nhiên, sợi DCF lại có suy hao lớn do sự gia tăng suy hao
do uốn cong (α = 0,4-0,6dB/ km). Hệ số D/α thường được sử dụng và gọi là hệ số phẩm
chất M của sợi DCF. Cùng với sự phát triển công nghệ, hệ số phẩm chất các sợi quang
DCF đơn mode chế tạo sau này có thể đạt giá trị lớn tới vài trăm ps/(nm.dB).
- Thiết kế sợi DCF hai mode với tần số chuẩn hóa v2.5. Suy hao của phương
pháp thiết kế này cũng tương đương suy hao đối với phương pháp thiết kế sợi DCF đơn
mode, tuy nhiên ưu điểm của nó là tạo ra được sợi DCF có độ tán sắc giá trị âm cao,
khoảng 400-800 ps/(nm.km). 1 km sợi DCF loại này có thể bù tán sắc cho khoảng
40km sợi quang thông thường. Một ưu điểm khác của sợi quang DCF hai mode đó là
hạn chế ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến hơn so với sợi DCF đơn mode do có
kích thước lõi lớn hơn. Phương pháp thiết kế này có nhược điểm là nó yêu cầu một thiết
bị chuyển đổi mode có khả năng chuyển đổi năng lượng từ mode cơ bản sang mode có
thứ tự cao hơn, đồng thời phân cực mạnh và phải hoạt động được với bang thông rộng.
Hầu hết các bộ chuyển đổi mode trong thực tế sử dụng sợi quang hai mode với một
cách tử quang để ghép nối giữa hai mode
Dù thiết kế bằng phương pháp nào thì sợi quang DCF đều có một điểm chung đó
là gây thêm suy hao cho tuyến thông tin quang. Các module DCF bù tán sắc thông
19


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

thường có suy hao chèn rơi vào khoảng 5-6 dB. Để khắc phục vấn đề suy hao, ta có thể
lắp thêm các bộ khuếch đại quang sợi EDFA sau mỗi module DCF.
Sơ đồ tổng quát thiết kế tuyến thông tin quang sử dụng sợi bù tán sắc DCF:

Hình 9: Bù tán sắc bằng sợi DCF

20


Tán sắc và bù tán sắc bằng sợi quang DCF | GVHD: TS. Hoàng Phương Chi
______________________________________________________________________

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Hoàng Phương Chi, Bài giảng thông tin quang, Hà Nội 2011
[2] Học viện Công nghệ bưu chính viễn thông, Kĩ thuật thông tin quang, Hà Nội 2009
[3] Kapila Devi Beemanpally & Karunakar Reddy Pottim, Linear Distortion
Management in Optical Fibers using Dispersion Compensating Fiber
[4] Taha Barake, A Generalized Analysis of Multiple-Clad Optical Fibers with
Arbitrary Step-Index Profiles and Applications, Blacksburg 1997
[5] Kazuhiko Aikawa, Junji Yoshida, Susumu Saitoh, Manabu Kudoh & Kazunari
Suzuki, Dispersion Compensating Fiber Module
[6]
[7]
[8]

21