Nguồn phát
quang
Nguồn phát
quang
Mạch điều
khiển
Mạch điều
khiển
Tín hiệu
điện vào
Bộ phát quangS
ợ
i

d
ẫ
n

q
u
a
n
g
Bộ chia quang
Các thiết bị khác
Thu
quang
Phát

thác trên mang viễn thông, mọi ngời đều thừa nhận rằng phơng thức truyền dẫn quang đã
thể hiện khả năng to lớn trong việc chuyển tải các dịch vụ viễn thông ngày càng phong
phú và hiện đại của nhân loại. Trong vòng 10 năm trở lại đây, cùng với sự tiến bộ vợt bậc
của của công nghệ điện tử - viễn thông, công nghệ quang sợi và thông tin quang đã có
những tiến bộ vợt bậc. Các nhà sản xuất đã chế tạo ra những sợi quang đạt tới giá trị suy
hao rất nhỏ, giá trị suy hao 0,154 dB/km tại bớc sóng 1550 nm đã cho thấy sự phát triển
mạnh mẽ của công nghệ sợi quang trong hơn hai thập niên qua. Cùng với đó là sự tiến bộ
lớn trong công nghệ chế tạo các nguồn phát quang và thu quang, để từ đó tạo ra các hệ
thống thông tin quang với nhiều u điểm trội hơn so với các hệ thống thông tin cáp kim
loại. Dới đây là những u điểm nổi trội của môi truờng truyền dẫn quang so với các môi tr-
ờng truyền dẫn khác, đó là:
Suy hao truyền dẫn nhỏ
Băng tần truyền dẫn rất lớn
Không bị ảnh hởng của nhiễu điện từ
Có tính bảo mật tín hiệu thông tin cao
Có kích thớc và trọng lợng nhỏ
Sợi có tính cách điện tốt
Độ tin cậy cao
Sợi đợc chế tạo từ vật liệu rất sẵn có
Chính bởi các lý do trên mà hệ thống thông tin quang đã có sức hấp dẫn mạnh mẽ
các nhà khai thác viễn thông. Các hệ thống thông tin quang không những chỉ phù hợp với
các tuyến thông tin xuyên lục địa, tuyến đờng trục, và tuyến trung kế mà còn có tiềm
năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội hạt với cấu trúc tin cậy và
đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và tơng lai.
Mô hình chung của một tuyến thông tin quang nh sau:
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
1
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Hình 1.1. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp sợi quang.

đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
APD đều có thể sử dụng để làm các bộ tách sóng quang trong các hệ thống thông tin
quang, cả hai loại này đều có hiệu suất làm việc cao và có tốc độ chuyển đổi nhanh. Các
vật liệu bán dẫn chế tạo các bộ tách sóng quang sẽ quyết định bớc sóng làm việc của
chúng và đoạn sợi quang đầu vào các bộ tách sóng quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn
quang đợc sử dụng trên tuyến lắp đặt. Đặc tính quan trọng nhất của thiết bị thu quang là
độ nhạy thu quang, nó mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thu đợc ở một tốc độ truyền
dẫn số nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bít cho phép của hệ thống.
Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang trong sợi
bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có trạm lặp quang đặt trên tuyến. Cấu trúc của thiết
bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát và thiết bị thu ghép quay phần điện vào nhau. Thiết
bị thu ở trạm lặp sẽ thu tín hiệu quang yếu rồi tiến hành biến đổi thành tín hiệu điện,
khuếch đại tín hiệu này, sửa dạng và đa vào thiết bị phát quang. Thiết bị phát quang thực
hiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang rồi lại phát tiếp vào đờng truyền. Những
năm gần đây, các bộ khuếch đại quang đã đợc sử dụng để thay thế một phần các thiết bị
trạm lặp quang.
Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thờng, mỗi một sợi quang sẽ
có một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ tách sóng quang ở phía thu. Các nguồn
phát quang khác nhau sẽ cho ra các luồng ánh sáng mang tín hiệu khác nhau và phát vào
sợi dẫn quang khác nhau, bộ tách sóng quang tơng ứng sẽ nhận tín hiệu từ sợi này. Nh vậy
muốn tăng dung lợng của hệ thống thì phải sử dụng thêm sợi quang. Với hệ thống quang
nh vậy, dải phổ của tín hiệu quang truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các
sợi truyền dẫn quang có thể truyền dẫn với suy hao nhỏ (xem hình 1.2):

Hình 1.2. Độ rộng phổ nguồn quang và dải thông của sợi quang.
Một ý tởng hoàn toàn có lý khi cho rằng có thể truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu
quang từ các nguồn quang có bớc sóng phát khác nhau trên cùng một sợi quang. Kỹ thuật
ghép kênh quang theo bớc sóng WDM ra đời từ ý tởng này.
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT

ớc sóng ra đời đã khắc phục đợc những hạn chế trên.
Hệ thống WDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mang đi nhiều
bớc sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền đồng thời nhiều bớc sóng cùng
một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau. Mỗi bớc sóng đại diện cho một kênh quang trong
sợi quang. Công nghệ WDM phát triển theo xu hớng mà sự riêng rẽ bớc sóng của kênh có
thể là một phần rất nhỏ của 1 nm hay 10
-9
m, điều này dẫn đến các hệ thống ghép kênh
theo bớc sóng mật độ cao (DWDM). Các thành phần thiết bị trớc kia chỉ có khả năng xử
lý từ 4 đến 16 kênh, mỗi kênh hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu
mạng quang phân cấp số đồng bộ (SDH/SONET). Các nhà cung cấp DWDM đã sớm phát
triển các thiết bị nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang. Các hệ thống với
hàng trăm kênh giờ đây đã sẵn sàng đợc đa vào sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kết
hợp hàng trăm Gbit/s và tiến tới đạt tốc độ Tbit/s truyền trên một sợi đơn. Có hai hình
thức cấu thành hệ thống WDM đó là:
a) Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi:
Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên hai sợi là: tất cả kênh quang cùng trên
một sợi quang truyền dẫn theo cùng một chiều (nh hình 1.3), ở đầu phát các tín hiệu có b-
ớc sóng quang khác nhau và đã đợc điều chế
1

,
2

, ,
n

thông qua bộ ghép kênh tổ
hợp lại với nhau, và truyền dẫn một chiều trên một sợi quang. Vì các tín hiệu đợc mang
thông qua các bớc sóng khác nhau, do đó sẽ không lẫn lộn. ở đầu thu, bộ tách kênh

quang
Máy thu
quang
Máy phát
quang
Máy phát
quang
1
n
n
1
1
n
1
n
O
O

1

n

1

n

1
,
2


Hệ thống WDM hai chiều trên một sợi thì yêu cầu phát triển và ứng dụng cao hơn, đòi hỏi
yêu cầu kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt. ở phía phát, các thiết bị ghép kênh phải có suy hao
nhỏ từ mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép kênh. ở phía thu, các bộ tách sóng quang
phải nhạy với dải rộng của các bớc sóng quang. Khi thực hiện tách kênh cần phải cách ly
kênh quang thật tốt với các bớc sóng khác bằng cách thiết kế các bộ tách kênh thật chính
xác, các bộ lọc quang nếu đợc sử dụng phải có bớc sóng cắt chính xác, dải làm việc ổn
định.
Hệ thống WDM đợc thiết kế phải giảm tối đa các hiệu ứng có thể gây ra suy hao
truyền dẫn. Ngoài việc đảm bảo suy hao xen của các thiết bị thấp, cần phải tối thiểu hoá
thành phần công suất có thể gây ra phản xạ tại các phần tử ghép, hoặc tại các điểm ghép
nối các module, các mối hàn , bởi chúng có thể làm gia tăng vấn đề xuyên kênh giữa
các bớc sóng, dẫn đến làm suy giảm nghiêm trọng tỉ số S/N của hệ thống. Các hiệu ứng
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
5
Máy phát
quang
Bộ
khuếch
đại sợi
quang
Bộ ghép/
tách kênh

1
,
2

n
1
Máy phát

1

n

n+1

2n
OO
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
trên đặc biệt nghiêm trọng đối với hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên một sợi, do
đó hệ thống này có khả năng ít đợc lựa chọn khi thiết kế tuyến.
ở một mức độ nào đó, để đơn giản ta có thể xem xét bộ tách bớc sóng nh bộ ghép
bớc sóng chỉ bằng cách đổi chiều tín hiệu ánh sáng. Nh vậy hiểu đơn giản, từ bộ ghép -
multiplexer trong trờng hợp này thờng đợc sử dụng ở dạng chung để xét cho cả bộ ghép
và bộ tách; loại trừ trờng hợp cần thiết phải phân biệt hai thiết bị hoặc hai chức năng. Ng-
ời ta chia loại thiết bị OWDM làm ba loại: Các bộ ghép (MUX), các bộ tách (DEMUX)
và các bộ ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX). Các bộ MUX và DEMUX đợc sử dụng
trong các phơng án truyền dẫn theo một hớng, còn loại thứ ba MUX-DEMUX đợc sử
dụng cho các phơng án truyền dẫn theo hai hớng. Hình 1.5 mô tả thiết bị ghép/tách hỗn
hợp.
Hình 1.5. Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX).
II.2. Các tham số cơ bản:
Các tham số cơ bản để mô tả đặc tính của các bộ ghép/tách hỗn hợp là suy hao xen,
suy hao xuyên kênh và độ rộng kênh. Để đơn giản, ta hãy phân biệt ra thành thiết bị một
hớng (gồm các bộ ghép kênh và tách kênh độc lập) và thiết bị hai hớng (bộ ghép/tách hỗn
hợp). Các ký hiệu I(
i
) và O(
k

O


(1.1)
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
6
Các tín hiệu đợc ghép
Các tín hiệu đợc tách
I
k
(
k
)
I
i
(
i
)
O(
k
)
I(
i
)
Sợi dẫn quang
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
L
i(DEMUX)
= -10log

đợc tính bằng dB nh sau:
D
i
(
k
) = -10log [U
i
(
k
)/I(
k
)] (1.3)
Theo sơ đồ đơn giản mô tả bộ tách kênh ở hình 1.6 a) thì U
i
(
k
) là lợng tín hiệu
không mong muốn ở bớc sóng
k
do có sự dò tín hiệu ở cửa ra thứ i, mà đúng ra chỉ
có tín hiệu ở bớc sóng
i
. Trong thiết bị ghép/tách hỗn hợp nh ở hình 1.6 b), việc xác
định suy hao xuyên kênh cũng đợc xác định nh ở bộ tách. ở trờng hợp này, phải xem
xét cả hai loại xuyên kênh. Xuyên kênh đầu xa là do các kênh khác đợc ghép đi
vào đờng truyền gây ra, ví dụ nh I(
k
) sinh ra U
i
(

(
k
)
Sợi quang
I(
1
) I(
k
)
Sợi quang
O(
j
)
I
j
(
j
)
O
i
(
i
) + U
i
(
k
) + U
i
(
j

WDM có tính thuận nghịch về cấu trúc, do đó hoạt động của các bộ ghép kênh cũng đợc
giải thích tơng tự bằng cách đơn giản là thay đổi hớng tín hiệu đầu vào và đầu ra.
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
9
Thiết bị WDM
Tích cựcThụ động
Thiết bị vi quang Ghép sợi
Tán sắc góc Thiết bị có bộ lọc
Tán sắc vật liệu Cách tử
Thiết bị quang
tổ hợp
Các thiết bị
khác
Các nguồn phát
quang và các bộ
tách sóng quang
nhiều b ớc sóng
Phi tuyến Giao thoa Phân cực
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Các bộ tách (hay các bộ ghép) đợc chia ra làm hai loại chính theo công nghệ chế tạo
là:
Thiết bị WDM vi quang
Thiết bị WDM ghép sợi.
ở loại thứ nhất, việc tách/ghép kênh dựa trên cơ sở các thành phần vi quang. Các
thiết bị này đợc thiết kế chủ yếu sử dụng cho các tuyến thông tin quang dùng sợi đa
mode, chúng có những hạn chế đối với sợi dẫn quang đơn mode. Loại thứ hai dựa vào
việc ghép giữa các trờng lan truyền trong các lõi sợi kề nhau. Kỹ thuật này phù hợp với
các tuyến sử dụng sợi đơn mode.
I. Các thiết bị WDM vi quang:

đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Hình 2.3. Cấu trúc của bộ lọc điện môi.
Bề dày các lớp bằng 1/4 bớc sóng truyền đối với bộ lọc bậc 0 và bằng 3/4
0
đối với
bộ lọc bậc 1 và đợc chế tạo từ vật liệu có hệ số chiết suất thấp nh MgF
2
có n = 1,35 hoặc
SiO
2
có n = 1,46 và vật liệu có chỉ số chiết suất cao nh TiO
2
có n = 2,2.
Khi chùm tia sáng đi vào thiết bị, thì hiện tợng giao thoa ánh sáng xảy ra do phản
xạ nhiều lần trong khoang cộng hởng. Nếu bề dày của lớp đệm là số nguyên lần của nửa
bớc sóng ánh sáng tới thì giao thoa xếp chồng xảy ra và công suất quang của bớc sóng đạt
giá trị cực đại và bớc sóng đó sẽ đợc truyền dẫn thông suốt nhất. Các chùm ánh sáng ở
những bớc sóng khác trong buồng cộng hởng hầu nh bị phản xạ hoàn toàn. Đờng cong
phân bố công suất ở đầu ra của bộ lọc có dạng nh hình 2.4:
Hình 2.4. Phân bố công suất ở đầu ra của bộ lọc.
Bộ lọc thông thấp hoặc thông cao có bớc sóng cắt
c
(hình 2.5a là thông cao và
hình 2.5b là thông thấp). Bộ lọc thông giải có bớc sóng trung tâm
0
và độ rộng giải
(hình 2.5c). T là hàm truyền đạt của bộ lọc.
Hình 2.5. Các đặc tính phổ truyền dẫn của các loại bộ lọc giao thoa cắt (a)(b) và
băng thông (c).

c

Thông thấp (>
c
)

0

Băng thông

0
-/2 <<
0
+/2

đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Dới đây ta xem xét một số thiết bị tách bớc sóng dùng bộ lọc màng mỏng:
a) Bộ tách 2 bớc sóng:
Cấu trúc cơ bản của bộ tách hai kênh nh ở hình 2.6a, trong khi đó việc thực hiện
thực tế cấu trúc này chỉ đơn giản nh ở hình 2.6b. Các phần tử chuẩn trực và hội tụ là các
lăng kính GRIN 1/4 chu kỳ P. Bộ lọc đợc thiết kế để phát đi
1
và phản xạ
2
sẽ đợc đặt
giữa hai lăng kính.
Hình 2.6. Cấu trúc bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc giao thoa
a) Cấu hình cơ bản và b) Cấu hình khi thực hiện trong thực tế.
Các thiết bị tách bớc sóng này có sẵn trên thị trờng thơng mại và đợc sử dụng rộng

Bộ lọc
b)
Bộ lọc (
1
)

1
,
2
, ,
n

1

3

2

4
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Hình 2.7. Cấu trúc cơ bản của một bộ tách nhiều bớc sóng.
Trong thực tế, thiết bị tách nhiều bớc sóng ngoài các bộ lọc còn có thấu kính, các sợi
quang vv
Hình 2.8 là bộ tách 5 bớc sóng dùng thấu kính GRIN và khối thuỷ tinh trong suốt.
Đôi khi có thể thực hiện tạo ra bộ tách kênh mà không cần sử dụng đến các phần
tử chuẩn trực. Ví dụ nh ở hình 2.9, thiết bị không có lăng kính, mà các bộ lọc giao thoa ở
đây đợc đặt trên từng đoạn một cách thích hợp và đầu sợi đợc mài nhẵn.
Hình 2.9. Cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều kênh sử dụng bộ lọc giao thoa
gắn trực tiếp vào sợi.


2

3

4
Sợi quang
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Hình 2.10 thể hiện thiết bị MUX-DEMUX 4 bớc sóng. Các bớc sóng 0,81 àm và
0,89 àm từ hai nguồn quang khác nhau đợc ghép thành một tia chung để truyền qua sợi
quang. Các bớc sóng 1,2 àm và 1,3 àm từ sợi quang đến đợc tách thành hai tia ứng với
mỗi bớc sóng để đa đến diode tách quang. Thấu kính GRIN tại cổng vào dùng loại 1/4P
phân kì, tại cổng ra dùng loại 1/4P hội tụ.

Hình 2.10. Thiết bị MUX-DEMUX 4 bớc sóng.
Trong đó:
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
14
BPF 0,81àm
0,81àm
Connector
LWPF
SWPF
0,89àm
BPF 0,89àm
0,81 àm và 0,89 àm
1,2 àm và 1,3 àm
Thấu kính GRIN
BPF 1,2 àm

Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
15
0,825 àm
0,870 àm
1,3 àm
Sợi chung
C B A D
0,825 àm
0,870 àm; 1,3 àm
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Trong giai đoạn đầu của kỹ thuật WDM ngời ta thờng dùng lăng kính làm phần tử
tán sắc góc (hình 2.12). Do hiện tợng chiết suất phụ thuộc vào bớc sóng ánh sáng tức là n
= n() nên chùm tia sáng có các bớc sóng khác nhau ở đầu vào sẽ bị lăng kính phân thành
các tia sáng đơn sắc khác nhau theo các hớng khác nhau ở đầu ra theo định luật Sneel (sự
phụ thuộc của chiết suất vật liệu làm lăng kính theo bớc sóng).
ir
Adn
d
di
cos/cos
sin
ì=

(2.1)
Với:
i là góc tới
i

là góc ló

kính, cách tử nhiễu xạ cho các góc tán xạ lớn hơn.
Khi tách kênh (tách bớc sóng) bằng cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều bớc sóng từ
sợi quang sẽ đợc tách ra thành các tia đơn sắc tơng ứng với các bớc sóng đợc truyền trên
sợi theo các góc khác nhau. Ngợc lại khi ghép kênh, một số kênh bớc sóng
1
,
2
, ,
n
đến từ các hớng khác nhau có thể đợc kết hợp thành một hớng và đợc đa tới truyền dẫn
trên cùng một sợi quang.
b) Cách tử nhiễu xạ phẳng:
Xét hoạt động của một cách tử phẳng có rãnh răng ca nh hình 1.15:
Hình 1.15. Cách tử nhiễu xạ phẳng.
Trong đó:
N - đờng vuông góc với mặt đáy của cách tử
M - đờng vuông góc với cạnh của rãnh
- góc tới của tia sáng với N


- góc nhiễu xạ với N
i - góc tới của tia sáng với M
i

- góc nhiễu xạ với M
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
17
Cách tử

1

k = 0 ứng với truyền trực tiếp
k =

1 ứng với bậc 1 nhiễu xạ.
Nếu hệ số khúc xạ của môi trờng bên ngoài cách tử là n thì (2.1) có dạng:
nd(sin + sin) = k (2.3)
Cũng từ hình 1.15 ta có:
i = -
i = -
Theo quy tắc phản xạ thì góc tới bằng góc phản xạ, nghĩa là i = i, rút ra:
= ( + )/2 (2.4)
Công thức (2.1) có thể viết dới dạng:



kd
=
+
2
cos
2
sin2
''
(2.5)
Hay


kd
=


n
=
n
d2
sin (2.9)
Biên độ trờng nhiễu xạ mặt bên của rãnh cách tử đợc xác định theo biểu thức:
A =
( )
( )
'
'
sinsin/sin
sinsin/sin
iid
iid
A
n

+



(2.10)
Khi =
n
thì cờng độ nhiễu xạ cực đại và bằng:

( )
2
nn

(2.12)
Từ biểu thức trên, xây dựng đờng cong phân bố phổ của năng lợng nhiễu xạ bậc
một nh hình 1.16 a). Trong trờng hợp d nhỏ hơn bớc sóng thì phân bố phổ của năng lợng
nhiễu xạ phụ thuộc vào và có dạng nh hình 1.16 b).
Hình 1.16. Phân bố phổ năng lợng nhiễu xạ bậc một.
c) ứng dụng của cách tử nhiễu xạ phẳng:
Nói chung, các bộ ghép kênh hoặc tách kênh sử dụng cách tử bao gồm 3 phần
chính: các phần tử vào và ra (là mảng sợi hoặc một sợi truyền dẫn với các thành phần thu
- phát); phần tử hội tụ quang; phần tử tán sắc góc grating.
Hình 2.17 là cấu hình đơn giản của một bộ ghép kênh của Finke. Trong đó, mảng
đầu sợi quang đợc đặt tại tiêu cự của một thấu kính tròn, phần tử tán sắc góc grating đợc
đặt tại tiêu cự bên kia của thấu kính đó. Bộ tách kênh thực tế loại này đã thực hiện tách từ
4 đến 6 kênh với suy hao khoảng 1,2 đến 1,7 dB (triển vọng có thể tách đợc 10 kênh).
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
19

1
/

1
/
I

/I
1
I

/I
1
0,2 1 1,8

2

3

4
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Hình 2.17. Sơ đồ bộ ghép kênh Grating của Finke.
Trên hình 2.18 a) và 2.18 b) là bộ tách Littrow với a) là cấu trúc cơ bản còn b) là
cấu trúc thực tế sử dụng lăng kính GRIN-rod của bộ tách 2 kênh.
Hình 2.18. Bộ tách Littrow: a) Cấu trúc cơ bản, b) Cấu trúc thực tế sử dụng
lăng kính GRIN-rod của bộ tách 2 kênh.
Trên hình 2.19, đầu mảng các sợi quang đợc đặt trớc một khe đã đợc quang khắc
trên mặt cách tử phản xạ phẳng đặt vuông góc với các rãnh cách tử. Gơng cầu lõm có
tách dụng làm thay đổi hớng của bất kì một tia đa bớc sóng phân kỳ nào thành một tia
song song quay trở lại cách tử, tia này khi đến cách tử, sẽ bị tán sắc và phản xạ trở lại g-
ơng, phản xạ một lần nữa, tạo ảnh trên vùng mảng sợi quang tuỳ thuộc vào giá trị từng b-
ớc sóng. Cấu trúc này có hệ số hội tụ và truyền đạt bằng 1; vì vậy, hiệu suất ghép khá cao,
đặc biệt nếu sử dụng gơng parabol thì quang sai rất nhỏ, gần bằng 0.
Số lợng các kênh có thể ghép trong thiết bị phụ thuộc nhiều vào phổ của nguồn
quang: từ năm 1993, đã có thể ghép đợc 6 kênh (đối với nguốn LED), 22 kênh (đối với
nguồn Laser); nếu sử dụng kỹ thuật cắt phổ của nguồn phát LED để nâng cao số kênh
ghép thì có thể ghép tới 49 kênh. Đối với nguồn đơn sắc, suy hao xen của thiết bị ghép rất
nhỏ (< 2 dB), và có thể đạt đến 0,5 dB cho thiết bị đơn mode vùng bớc sóng 1540 nm đến
1560 nm.
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
20
Lăng kính chuẩn trực
Cách tử


n
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Hình 2.19. Bộ tách sử dụng cách tử nhiễu xạ Planar và gơng lòng chảo.
d) Cách tử hình lòng chảo:
Hình 2.20. Cách tử hình lòng chảo.
Cách tử hình lòng chảo đợc sử dụng để phản xạ ánh sáng, vì vậy góc nghiêng của
rãnh cách tử đợc tính toán giống nh cách tử phản xạ phẳng. Theo thuyết vô hớng thì góc
nghiêng của rãnh phải thay đổi liên tục để duy trì đờng phân giác của góc hợp bởi tia tới
và tia phản xạ ABC luôn vuông góc với bề mặt của răng ca.
Một ứng dụng của cách tử hình lòng chảo nh chỉ ra trên hình 2.21, thiết bị loại này
có vẻ nh đơn giản hơn vì không sử dụng phần tử hội tụ quang (thấu kính hoặc lăng kính).
Thiết bị loại này đã thực hiện ghép 4 kênh, suy hao 2,6 dB; nó có nhợc diểm là quang sai
không ổn định trong giải phổ rộng.
Hình 2.21. Sơ đồ cấu trúc bộ tách sử dụng cách tử lòng chảo.
Tóm lại thiết bị WDM dùng cách tử nh phần tử tán sắc góc để tách/ghép bớc sóng
thờng sử dụng theo cách nh chỉ ra trên các hình 2.17 đến 2.21; trong hình 2.19 nếu thay
gơng lòng chảo bằng gơng parabol thì có thể hiệu chỉnh quang sai.
e) Cách tử Bragg:
Cách tử Bragg là cách tử đợc chế tạo ngay bên trong sợi quang. Cáh tử sợi Bragg
thông thờng trớc đây khó sản xuất đợc với độ dài sợi quá 15 cm do hạn chế về chiều dài
sợi cách tử đối với bán kính chùm tia laser hoặc do chiều dài của mạt nạ phase. Hiện nay
công nghệ chế tạo hiện đại đã cho phép thay đổi các thông số nh độ dài cách tử, chiết suất
có thể đợc điều biến theo yêu cầu, tạo nên cách tử sợi dạng nhiều bậc nh bớc ren; nhờ đó
một số lớn các bộ lọc đợc tạo ra voi các thông số khá hoàn thiện.
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
21
A
B
C

thuộc vào độ dài sợi, khoảng 0,3 dB/m (theo công nghệ chế tạo cảm ứng tia cực tím).
Ngoài ra, suy hao này cũng phụ thuộc dải bớc sóng làm việc khoảng 0,3 dB/nm. Thực
nghiệm cho thấy u thế của module bù tán sắc dùng cáh tử sợi Bragg so với bù tán sắc
dùng sợi DCF đợc chỉ ra nh trong bảng dới đây:
Bảng 2.1. So sánh độ suy hao giữa các thiết bị bù tán sắc.
cách bù tán sắc
suy hao
cực tiểu
suy hao
thông thờng
suy hao
cực đại
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
22
B ớc sóng
dài
xung vào
xung ra
B ớc sóng
ngắn
Sợi truyền dẫn
Ciculator
Sợi cách tử Bragg
B ớc sóng dài B ớc sóng ngắn
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
Sợi DCF 40 km 4,4 dB 4,8 dB 6,2 dB
Sợi DCF 40 km 6,0 dB 6,5 dB 6,7 dB
Sợi DCF 40 km 7,7 dB 8,3 dB 8,9 dB
Sợi cách tử Bragg bù tán sắc 2,0 dB 2,5 dB 3,0 dB







(2.13)
Trong đó:
A - bán kính lõi
d - khoảng cách giữa 2 tần số
n
1
- hệ số chiết suất của lõi
n
2
- hệ số chiết suất của vỏ
K
1
- hàm Bessel bậc nhất loại hai
- thành phần dọc của véc tơ truyền lan mode, gọi là hằng số truyền lan.
= 1 - n
2
/n
1
- hệ số chiết suất tơng đối
V = (2a/)(n
1
2
- n
2

L) và công suất lan truyền là cos
2
(A
0
L);
trong đó L là độ dài đoạn ghép; A
0
là hệ số ghép. Trong thực tế ghép theo độ dài z biến
đổi, nên công suất ghép sẽ là: sin
2
A(z)dz và công suất lan truyền là cos
2
A(z)dz.
Các thiết bị WDM ghép sợi có thể có hai dạng nh hình 2.23, đó là: nung nóng chảy
các sợi kề nhau và đánh bóng chỗ tiếp xúc giữa hai sợi. Trong kỹ thuật đánh bóng, mỗi
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
23
đồ án tốt nghiệp
công nghệ ghép kênh quang WDM
sợi đợc lắp vào một thấu kính đã đục cong sẵn, có đờng kính cong thờng bằng 25 cm, cho
nên dạng này còn gọi là bộ ghép khối. Còn trong kỹ thuật xoắn nóng chảy, hai lõi sợi đợc
xoắn vào nhau và đợc nung nóng chảy thành một lõi chung.
Khi hai sợi ghép là nh nhau thì hiệu suất ghép là tuần hoàn của bớc sóng, khoảng
cách kênh cực tiểu giữa hai bớc sóng đợc phân tích là:
=
( )( )



/

Băng thông của bộ ghép sợi nóng chảy có dạng gần nh hình sin làm hạn chế việc lựa chọn
nguồn phát. Rõ ràng rằng các LED không thể đợc sử dụng vì phổ của nó rộng. Nh vậy chỉ
có các diode laser có độ rộng phổ hẹp đợc sử dụng nếu tránh đợc suy hao xen và xuyên
kênh lớn.
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
24
Vùng xoắn nóng chảy

1

2
Vỏ sợi

1+2
Hình 2.24. Hai ph ơng pháp tạo ra các bộ ghép sợi cho thiết bị WDM.

1

2

1+2
Vỏ sợi
sợi quang đơn mode
1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
0,4
0,2
0,6
0,8
1,0
(nm)

Chức năng ghép hoặc ghép bớc sóng của một hệ thống quang hai hoặc ba chiều,
thờng tạo nên quan hệ giữa sợi quang truyền dẫn và một tập sợi quang đầu vào hoặc đầu
ra. Thí dụ trong coupler Y, sợi quang truyền dẫn đợc phản ảnh đến hai sợi quang khác
thông qua thiết bị chia quang và một hoặc nhiều thấu kính hội tụ. Trong thiết bị ghép bớc
sóng, sợi quang truyền dẫn đợc phản ảnh tới các vị trí khác nhau trên mặt phẳng tiêu (là
mặt phẳng nằm trên tiêu điểm của thấu kính và vuông góc với trục của thấu kính), tuỳ
thuộc vào bớc sóng khi sử dụng cách tử và các thấu kính hội tụ. Nh vậy, những dụng cụ
trên tạo nên mối quan hệ giữa chủ thể và trờng ảnh. Nếu vị trí của sợi quang trong các tr-
ờng khác nhau đợc điều khiển thích hợp thì một số coupler hoặc một số bộ ghép đợc thực
Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT
25

1234
Laser

1

2

3

4