1

MỞ ðẦU
Trọng tâm của luận văn là tập trung nghiên cứu công nghệ truyền dẫn quang và
kỹ thuật định tuyến trong truyền dẫn quang, cụ thể là kỹ thuật lưu lượng trong mạng
quang sử dụng công nghệ MPLS.
Hiện nay, với những ưu điểm vượt trội của mình, các hệ thống thông tin quang
truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng thông hẹp và băng thông rộng, đáp ứng
yêu cầu của mạng số tích hợp dịch vụ ISDN. Hệ thống thông tin quang là một mũi
đột phá về tốc độ truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các dịch vụ viễn thông cấp
cao. Vấn đề định tuyến và quản lý lưu lượng là một thành phần cốt yếu, không thể
thiếu được trong cấu trúc mạng, thiết kế mạng và điều hành mạng. Vấn đề đặt ra là
định tuyến đường đi cho ánh sáng như thế nào để đạt được một mạng tối ưu. Có rất
nhiều phương pháp định tuyến, nhưng phương pháp định tuyến sử dụng kỹ thuật lưu
lượng là một phương pháp rất hiệu quả trong truyền dẫn dữ liệu trong mạng, nó điều
khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua mạng sao cho tối ưu hóa việc sử dụng tài
nguyên và hiệu năng của mạng, từ đó làm tăng tính hiệu quả của mạng.
Trong luận văn này, em xin trình bày đề tài: “Công nghệ truyền dẫn quang và
kỹ thuật định tuyến trong truyền dẫn quang”. Nội dung của luận văn cụ thể như sau:
- Chương 1: Giới thiệu công nghệ truyền dẫn quang.
- Chương 2: Công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) và kỹ thuật
định tuyến
- Chương 3: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
- Chương 4: Kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo - TS Nguyễn Viết Nguyên, đã giúp đỡ và
tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt đề tài này.

Hà Nội, tháng 11 năm 2011
Học viên thực hiện


- Chapter 4: The MPLS TE traffic engineering technology.
I would like to sincerely thank Mister Nguyen Viet Nguyen – my teacher with
his help and facilitating me in completing this thesis.

Hanoi, October 2011
Student
Nguyen Ngoc Anh

3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG
1.1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
1.1.1. Khái quát chung.
Vào những năm 80 của thế kỷ trước, khi mà các hệ thống thông tin cáp sợi
quang chính thức đưa vào khai thác trên viễn thông đã cho chúng ta thấy rằng
phương thức truyền dẫn quang đã thể hiện khả năng to lớn trong việc truyền tải các
dịch vụ viễn thông ngày càng phong phú và hiện đại. Sau những năm 90, cùng với sự
phát triển vượt bậc của công cụ thu phát quang, để từ đó tạo ra các hệ thống thông tin
quang với nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với các hệ thống thông tin cáp kim loại.
Quá trình phát triển của thông tin quang tương đối lâu dài, và nó có thể được thâu
tóm trong các mốc thời gian như sau:
- Năm 1790 CLAUDE CHAPPE kỹ sư người Pháp xây dựng hệ thống điện báo
quang (optical telegraph). Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp có các đèn báo hiệu
chạy trên đó. Với hệ thống này thì trong vòng 15 phút thông tin đi được 200km.
- Năm 1870 JONH TYNDALL nhà vật lý người anh đã chứng tỏ rằng, ánh sáng
có thể dẫn theo vòi nước uốn cong. Thí dụ của ông đã sử dụng nguyên lý phản xạ
toàn phần, và ngày nay người ta cũng sử dụng nguyên lý này để truyền ánh sáng bên

dài, truy nhập cao và đáp ứng mọi môi trường lắp đặt trong nhà, trong các cấu hình
xuyên lục địa, vượt đại dương…Các hệ thống thông tin quang cũng rất phù hợp cho
truyền dẫn số không loại trừ tín hiệu dưới bất kỳ dạng ghép kênh nào.
Hiện nay các hệ thống thông tin quang đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới,
chúng đáp ứng được cả tín hiệu tương tự (Analog) và số (Digital), chúng cho phép
truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng rộng, đáp ứng mọi nhu cầu
của mạng số hoá liên kết đa dịch vụ (ISDN). Số lượng cáp quang hiện nay được lắp
đặt mọi nơi trên thế giới và đang trở thành hệ thống truyền dẫn hiệu quả nhất, với đủ
mọi tốc độ truyền dẫn, với các cự ly khác nhau, các cấu trúc mạng đa dạng. Nhiều
nước lấy cáp quang làm môi trường truyền dẫn chính cho mạng viễn thông. Các hệ
thống thông tin quang sẽ là mũi đột phá về tốc độ, cự ly truyền dẫn và cấu hình linh
hoạt cho các dịch vụ viễn thông cấp cao.
1.1.2. Cấu trúc hệ thống thông tin quang.
Các hệ thống thông tin quang phù hợp cho việc truyền tín hiệu số và hầu hết
quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang đều đi theo hướng này. Theo quan
niệm thống nhất đó, thì cấu trúc của tuyến thông tin gồm các thành phần chính sau:
Phần phát quang, Cáp sợi quang và Phần thu quang
Phần phát quang cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các mạch điện điều
chế. Cáp sợi quang bao gồm các sợi dẫn quang và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo
vệ khỏi tác động có hại từ môi trường bên ngoài. Phần thu quang do bộ tách sóng
quang và mạch khuyếch đại tái tạo tín hiệu hợp thành. Ngoài các thành phần chủ yếu
trên, tuyến thông tin quang còn có các bộ nối quang (Connector), các mối hàn, các
bộ nối quang, chia quang và trạm lặp. Tất cả tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn
chỉnh.

5


a)
Phần
điện tử
Điều
biến
Kênh truyền
dẫn
Giải điều
chế
Phần
điện tử
Tín hiệu
thu
Nguồn
tín hiệu

b)
Phần
điện tử
Biến đổi
điện quang
E/O
Sợi quang
SQ
Bi
ến đổi
điện quang
O/E
Phần
điện tử

KhuyÕch ®¹i
quang
Bộ thu quang
Khôi
phục
tín hiệu

Tách
sóng
quang
TÝn
hiÖu

®iÖn ra 6

- Phần điện tử: Là phần tử chung của hai hệ thống, để xử lý nguồn tin, tạo ra các
tín hiệu điện đưa vào các hệ thống truyền dẫn, có thể là tín hiệu analog hoặc digital
(điểm A).
- Bộ biến đổi quang điện (E/O) để thực hiện điều biến tín hiệu điện vào cường
độ bức xạ quang để cho phát đi. Cũng giống như trong thông tin điện với nhiều
phương thức điều biến khác nhau, trong thông tin quang cũng có nhiều phương pháp
điều biến tín hiệu điện vào bức xạ quang. Các hệ thống hiện nay đang làm việc theo
nguyên lý điều biến trực tiếp cường độ ánh sáng, còn các hệ thống coherence trong
tương lai thì áp dụng nguyên lý điều biến gián tiếp bằng cách điều pha hoặc điều tần
các tia bức xạ coherence là các bức xạ kết hợp. Tín hiệu ra (điểm c) phải là tín hiệu
quang, khác với tín hiệu ra tại C, các tín hiệu cao tần được điều biến biên độ hoặc
pha hoặc tần số.


+ Cự ly trạm lặp hoặc độ dài đoạn chuyển tiếp
Xu thế của các hệ thống truyền dẫn quang là truyền dẫn dải rất rộng và cự ly
trạm lặp rất lớn. Thực tế các hệ thống quang hiện nay đã vượt qua các hệ thống
truyền dẫn điện ở cả hai yêu cầu trên. Các đại lượng trên được xác định bởi nhiều
yếu tố liên quan đến nhau như sau:
+ Tiêu hao và tán xạ truyền dẫn của sợi quang
+ Công suất bức xạ và khả năng điều biến của linh kiện phát quang
+ Độ nhạy của máy thu quang
+ Tiêu hao phụ khi xử lý các phần tử trên toàn tuyến.
1.1.4. Ưu ñiểm và nhược ñiểm của hệ thống thông tin quang.
1.1.4.1. Ưu ñiểm:
- Sợi quang nhỏ và nhẹ hơn các kim loại, đường kính mẫu của sợi quang là
0,1mm, nhỏ hơn rất nhiều so với sợi cáp đồng trục 10mm
- Sợi cáp nhỏ hơn rất nhiều sợi cáp kim loại, nhẹ hơn, dễ uốn ong. Chi phí vật
liệu cáp ít, cáp lại được lắp đặt thuận tiện, ngay cả bằng tay. Cáp quang hiện nay cho
phép tăng được nhiều kênh truyền dẫn mà chỉ tăng đường kính cáp rất ít
- Sợi quang được chế tạo từ thuỷ tinh thạch anh là môi trường trung tính với ảnh
hưởng của nước, axít, kiềm… nên không sợ bị ăn mòn, ngay cả khi lớp vỏ bảo vệ
bên ngoài có bị hư hỏng nhưng sợi thuỷ tinh còn tốt thì vẫn bảo đảm truyền tin tốt.
- Sợi thuỷ tinh là sợi điện môi nên hoàn toàn cách điện, không sợ bị chập mạch
- Tín hiệu truyền trong sợi quang không bị ảnh hưởng của điện từ trường ngoài,
nên có thể sử dụng sợi cho các hệ thống thông tin ở những nơi có nhiễu điện từ mạnh
như trong các nhà máy sản xuất, nhà máy điện… mà không cần che chắn ảnh hưởng
của điện từ
- Cũng vì nhẹ và không bị ảnh hưởng của điện từ nên sợi quang cũng được sử
dụng nhiều trong máy bay, tàu thuỷ, hoặc trong khu công nghiệp để truyền số liệu
- Không gây nhiễu ra bên ngoài và cũng không gây xuyên âm giữa các sợi
quang, đảm bảo không bị nghe trộm
- Vì sợi quang là sợi điện môi nên đầu vào và đầu ra của hệ thống hoàn toàn

lớp bảo vệ và vỏ bọc bên ngoài.

Chất điện môi chủ yếu để chế tạo sợi quang phổ biến là thủy tinh thạch anh
hoặc chất dẻo tổng hợp. Sợi quang thủy tinh thạch anh có tiêu hao thấp và đường
Lâi
Vá
d
D
Hình 1.3: Cấu tạo sợi quang

9

kính nhỏ nên giá thành cao, còn sợi quang làm bằng chất dẻo có đường kính lớn hơn
và tiêu hao lớn hơn, giá thành thấp.
Chiết suất của lõi sợi quang là n
1
lớn hơn chiết suất của vỏ sợi quang n
2
. Lớp
clading là thủy tinh hay plastic, có nhiệm vụ bảo vệ cho ánh sáng truyền lại lõi. Lớp
vỏ bọc và bảo vệ bên ngoài là lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core và cladding không
bị bụi ẩm và trầy xước. Lớp vỏ bảo vệ bên ngoài có ba lớp chính là vỏ bảo vệ bên
ngoài, lớp áo giáp và lớp chịu lực.
1.2.1.2. Phân loại sợi quang:
- Phân loại theo vật liệu điện môi:
+ Sợi quang thạch anh
+ Sợi quang thuỷ tinh hỗn hợp
+ Sợi quang làm bằng chất dẻo
- Phân loại theo phân bố chiết suất có sợi quang chiết suất nhảy bậc SI (step
index), sợi quang chiết suất biến đổi GI (Gradex index)

> n
2
+ Góc tới lớn hơn góc tới hạn
Do đặc điểm cấu tạo của sợi quang đã có điều kiện là n
1
> n
2
. Vậy chỉ còn điều
kiện là góc tới α
t
phải lớn hơn góc tới hạn α
th
(α
t
>α
th
). Nên người ta đưa ra khái
niệm gọi là khẩu độ số NA (Numerical Aperture) nghĩa là khả năng ghép luồng bức
xạ quang vào sợi.
Ta có: n
0
Sinα
th
= n
1
.Sinβ (n
0
=1: chiết suất của không khí)
⇒ 1.Sinα
th

2
1
2
2
2
1
2
2
1th
2
1
2
2
t
2
t

Với
2
1
2
2
2
1
n.2
nn −
=∆
gọi là độ lệch chiết xuất tương đối
Vậy điều kiện để đạt được hiện tượng phản xạ toàn phần ở trong lõi là khi đưa
nguồn sáng vào lõi cáp phải nằm trong một hình nón có góc mở

P
dBA =

Trong đó:
1
P
= P(0)

2
P
= P(1)
Hệ số suy hao trung bình:

L
A
P
P
L
KmdB =−=
1
2
log.10.
1
)/(
λ

b. Suy hao do hấp thụ
Các tạp chất kim loại trong thuỷ tinh là một trong những nguồn hấp thụ ánh
sáng. Mức độ hấp thụ của từng loại tạp chất phụ thuộc vào nồng độ tạp chất và các
bước sóng ánh áng truyền qua nó

0
0
))(()(
λ
λ
λαλα
txtx
=

Hình 1.6: Suy hao do tán xạ Reyleigh
Có thể nói bước sóng ánh sáng càng dài thì suy hao do tán xạ Reyleigh càng ít.
d. Suy hao do sợi bị uốn cong
Khi sợi quang bị chèn ép tạo nên chỗ uốn cong nhỏ thì suy hao của sợi cũng
tăng lên.Tại những chỗ bị uốn cong thì điều kiện phản xạ toàn phần không thực hiện
được, sự phân bố trường sẽ bị sáo trộn và dẫn tới sự phát xạ năng lượng ra khỏi lõi.
d. Suy hao do kết nối
Suy hao do kết nối bao gồm suy hao do hàn nối sợi và suy hao do đầu nối dùng
conector.
Sử sụng các Conector sẽ tạo điều kiện thuận tiện cho việc kiểm tra và bảo
dưỡng, vì vậy các Conector thường được dùng để ghép nối sợi quang với thiết bị đầu
cuối đường truyền hoặc các trạm lặp. Chúng gây suy hao α
connector
≈ 0,4 dB/1
Connector
Nếu cự ly thông tin lớn hơn độ dài cuộn cáp thì phải hàn nối. Mỗi mối hàn gây
tổn hao cỡ 0,1 dB/1 mối hàn.
1.2.1.4.2. ðặc tuyến suy hao
Tổng hợp các loại suy hao trong sợi và biểu diễn một tương quan theo bước
sóng, người ta nhận được phổ của sợi. Mỗi loại sợi có đặc tuyến suy hao riêng
α

≈ 0,16 dB/Km)
nên có thể truyền tín hiệu đi rất xa.
1.2.1.4.3. Tán sắc
Khi truyền dẫn các tín hiệu Digital quang, xuất hiện hiện tượng giãn xung ở đầu
thu, thậm chí trong một số trường hợp các xung lân cận đè lên nhau. Khi đó không
phân biệt được các xung với nhau nữa, gây nên méo tín hiệu ở đầu thu. Hiện tượng
giãn xung này gọi là hiện tượng tán sắc. Đối với tín hiệu Analog thì ảnh hưởng của
tán sắc làm biên độ tín hiệu ở đầu thu giảm nhỏ và tín hiệu bị dịch pha.
a. Nguyên nhân gây ra tán sắc
* Tán sắc mode
Tán sắc mode chỉ xảy ra ở sợi đa mode. Trong sợi quang đa mode tốc độ lan
truyền của các mode là khác nhau, dẫn đến làm giãn xung ánh sáng và co hẹp khoảng
trống thời gian giữa các xung cạnh nhau. Đây là nguyên nhân chủ yếu gây ra giãn
xung ánh sáng trong sợi đa mode

0,8
1
1,2
1,4
1,6
1
2
3
4
5
λ
(
µ
m
)

d
nd
c
→ τ
max
= M(λ).L. ∆λ
W(λ) gọi là tán xạ dẫn sóng (là hiện tượng chung trong truyền sóng ống dẫn
sóng điện môi mà sợi quang chỉ là trường hợp đặc biệt). Tán xạ dẫn sóng được xác
định:
W(λ) =
V
c
nnn
g
.
.
984,1) (
212
λο
−
→ τ
wg
= W(λ).L. ∆λ
Bằng đồ thị tán sắc người ta nhận thấy tại bước sóng λ = 1,3µm thì tán sắc vật
liệu và tán sắc sóng bù trừ nhau. Tại bước sóng này trong sợi quang đơn mode gần
như không có tán sắc và băng tần truyền dẫn của sợi quang đơn mode là cực lớn. Do
đó người ta hay sử dụng bước sóng 1,3µm để thực hiện tuyến thông tin quang.
T¸n s¾c dÉn sãng
T¸n s¾c tæng
0

1
. exp(
2
2
2
τ
t−
)
-
12

4

8

12

-
4

-
8

1200

1600

1500

1400

Nếu xung phát ra rất hẹp (τ
S <<
τ
R
) thì có thể coi gần đúng τ ≈ τ
R

Nếu điều chế với tín hiệu hình sin với tần số ω thì sợi quang được coi gần đúng
như một bộ lọc thông thấp với hàm truyền đạt biên độ Gauss:
|H(f)| = exp{
2
.
22
τω
−
}
Độ rộng băng tần truyền dẫn chỉ tần số điều chế tín hiệu quang cao nhất có thể
đạt được. Nó được định nghĩa là tần số tín hiệu điện
elect
ω
mà tại đó công suất quang
xoay chiều giảm 3dB (Biên độ giảm dần) so với công suất quang một chiều, khi đó
tần số tín hiệu điện được tính như sau:
σ
ω
83,0
=
elect
H(f)
ω
elect
1
/
217

1.2.1.5. Giới thiệu một số loại sợi quang ñang sử dụng phổ biến
Các tuyến thông tin trên thế giới hiện nay phổ biến dùng loại cáp quang đơn
mode theo khuyến nghị G.652 của ITU-T. Sau đây là các thông số về suy hao và tán
sắc của loại sợi này:
Bước sóng
(nm)
Hệ số suy hao
(dB/Km)
Hệ số tán sắc
(ps/nm.Km)
1310 1 3,5
1550 0,5 20
Bảng 1.1: Thông số về suy hao và tán sắc của sợi quang đơn mode theo khuyến
nghị G.652 của ITU-T
Loại sợi quang này được khuyến nghị dùng tại bước sóng ở vùng cửa sổ thứ
nhất của loại sợi quang (1310nm), và thực tế là hầu hết các hệ thống đơn bước sóng
hoạt động tại bước sóng 1310nm đang sử dụng loại sợi này, lý do là chúng có hệ số
tán sắc và hệ số suy hao chấp nhận được.
Tuy nhiên khi áp dụng trong hệ thống WDM có một số nhược điểm sau:
+ Cửa sổ vùng 1310nm bé, không ghép được nhiều bước sóng

xuyên âm, có thể điều chỉnh được bước sóng quang phát ra.
Các nguồn phát quang bán dẫn dùng trong thông tin quang như LED và Diode
laser dựa trên nguyên lý bức xạ ánh sáng do sự tái hợp giữa điện tử và lỗ trống xảy ra
trong vùng chuyển tiếp P-N của chất bán dẫn được đặt dưới điện áp thuận. Vùng tiếp
giáp P-N này được gọi là vùng hoạt tính của LED và LD.
1.2.2.1. Yêu cầu ñối với một nguồn quang trong hệ thống thông tin quang
- Có kích thước nhỏ tương ứng với sợi quang để có thể ghép ánh sáng vào trong
sợi quang. Ánh sáng ở ngõ ra của nguồn quang phải có tính định hướng cao. Thu
nhận tín hiệu điện ngõ vào một cách chính xác để giảm sự méo dạng và nhiễu lên tín
hiệu
- Nguồn phát quang phải phát ra ánh sáng có bước sóng phù hợp với vùng bước
sóng mà sợi quang có suy hao thấp và tán sắc, đồng thời linh kiện thu quang hoạt
động hiệu quả tại các bước sóng này.
- Có khả năng điều chế tín hiệu một cách đơn giản trên dải tần rộng trải dài từ
tần số âm thanh tới dải tần Gigahezt.
- Hiệu suất ghép quang tốt để giảm suy hao ghép từ nguồn quang vào trong sợi
quang.
- Độ rộng phổ tần hẹp để giảm tán sắc trong sợi quang.
- Duy trì mức công suất ngõ ra ổn định và không bị ảnh hưởng của các yếu tố
bên ngoài.
- Giá thành thấp và có độ tin cậy cao, để cạnh tranh với các kỹ thuật truyền dẫn
khác.
1.2.2.2. Diode phát quang LED
Hiện nay, người ta sử dụng chủ yếu hai loại LED trong các hệ thống thông tin
cáp sợi quang là SLED phát xạ mặt (Surface Light Emitting Diode) và ELED phát xạ
cạnh (Edge Light Emitting Diode). Cả hai loại này đều dùng cấu trúc dị thể kép để
giam hạt đa số và ánh sáng vào một lớp hoạt tính.

19


kích thích khác trong mạng tinh thể và lại sinh ra nhiều photon hơn nữa khi chúng va
chạm. Như vậy, mạng tinh thể bán dẫn đã khuếch đại những photon ban đầu tức
những photon sơ cấp. Hình 1.12
Bức xạ tự phát Bức xạ kích thích
•
•
C
V
B
V
C
V
B
V
(
)
1
hv
(
)
1
hv
(
)
2
hv
O

hiệu quang thông qua các nguồn quang điện trong thiết bị phát quang (Optical
Transmistter) và được truyền đi trong sợi quang. Như vậy quá trình khuếch đại được
thực hiện trên miền điện.
O-E
K§
E-O
Sîi quang Sîi quang
Bé ph¸t quang
Bé khuÕch ®¹i
Bé thu quang
Pout
Pin
OutputInput
MiÒn quang MiÒn ®iÖn MiÒn quang

Hình 1.13: Cấu trúc của một trạm lặp quang điện

21

Các trạm lặp quang điện đã được phổ biến trong các hệ thống truyền dẫn quang
một bước sóng như trong hệ thống SDH. Tuy nhiên, khi khi sử dụng cho các hệ
thống truyền dẫn quang đa bước sóng như hệ thống WDM, rất nhiều trạm lặp quang
điện cần được sử dụng để khuếch đại và tái tạo các kênh quang có bước sóng khác
nhau. Điều này làm tăng độ phức tạp cũng như giá thành của hệ thống truyền dẫn
quang WDM.
Để khắc phục nhược điểm trên của các trạm lặp quang điện, đó là sử dụng các
bộ khuếch đại quang (Optical Amplifier). Trong các bộ khuếch đại quang này ánh
sáng được khuếch đại trực tiếp trong miền quang mà không thông qua việc biến đổi
sang miền điện. So với các trạm lặp, các bộ khuếch đại quang có ưu điểm sau:
+ Khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang, không có mạch tái tạo thời gian hay

2
E
1
hf
12
hf
12
hf
12
hf
12
(
cùng pha)22

Hiện tượng phát xạ do kích thích, hình 1.14c, xảy ra khi một điện tử đang ở
trạng thái năng lượng cao E
2
bị kích thích bởi một photon khác có năng lượng hf
12

bằng với độ chênh lệch năng lượng giữa 2 điện tử (E
g
= E
2
– E
1
). Khi đó, điện tử sẽ

1
và phát ra một
năng lượng E
g
= E
2
– E
1
dưới dạng một photon ánh sáng. Quá trình này xảy ra một
cách tự nhiên vì trạng thái năng lượng cao E
2
không phải là trạng thái năng lượng
bền vững của điện tử. Sau một khoảng thời gian được gọi là thời gian sống (life time)
của điện tử ở mức năng lượng cao, điện tử sẽ tự động chuyển về trạng thái năng
lượng thấp hơn (trạng thái năng lượng bền vững). Tùy theo loại vật liệu khác nhau
mà thời gian sống của điện tử sẽ khác nhau.

23

Cho dù hiện tượng phát xạ tự phát tạo ra photon ánh sáng, nhưng trong khuếch
đại quang, phát xạ tự phát không tạo ra độ lợi khuếch đại. Nguyên nhân là do hiện
tượng này xảy ra một cách tự phát, không phụ thuộc vào tín hiệu ánh sáng đưa vào
bộ khuếch đại. Nếu không có tín hiệu ánh sáng đưa vào, vẫn có năng lượng ánh sáng
được tạo ra ở ngõ ra của bộ khuếch đại. Ngoài ra, ánh sáng do phát xạ tự phát tạo ra
không có tính kết hợp như hiện tượng phát xạ kích thích. Do vậy, phát xạ tự phát
được xem là nguyên nhân chính gây nhiễu trong các bộ khuếch đại quang. Loại
nhiễu này được gọi là nhiễu phát xạ tự phát.
1.2.3.3. Các thông số kỹ thuật trong khuếch ñại quang
1.2.3.3.1. ðộ lợi (Gain)
Độ lợi của một bộ khuếch đại quang là tỷ số giữa công suất quang ở ngõ ra trên

0
được xác định bởi điểm -3dB
so với độ lợi đỉnh của bộ khuếch đại. Giá trị B
0
xác định băng thông của các tín hiệu
có thể được truyền bởi một bộ khuếch đại quang. Do đó ảnh hưởng đến hoạt động
của các hệ thống thông tin quang khi sử dụng chúng như các bộ lặp hay bộ tiền
khuếch đại. 24

1.2.3.3.3. Công suất ngõ ra bão hòa (Saturation Output Power)
Khi hoạt động ở chế độ tín hiệu nhỏ, công suất quang ở ngõ ra sẽ tăng tuyến
tính với công suất quang ở ngõ vào theo hệ số độ lợi G: P
out
= G.P
in
. Tuy nhiên công
suất ngõ ra không thể tăng mãi được. Bằng thực nghiệm, người ta thấy rằng trong tất
cả các bộ khuếch đại quang, khi công suất ngõ vào P
in
tăng đến một mức nào đó thì
độ lợi G bắt đầu giảm. Kết quả là công suất ở ngõ ra không còn tăng tuyến tính với
tín hiệu ngõ ra nữa mà đạt trạng thái bão hòa. Sự thay đổi tín hiệu quang ngõ ra so
với công suất quang ở ngõ vào được minh họa như hình sau:
§é lîi tÝn hiÖu
Pout,sat
G
Pout

= G.P
in
+ P
ASE

25

Ảnh hưởng của nhiễu đối với bộ khuếch đại quang được biểu diễn bởi hệ số
nhiễu NF (Noise Figure), mô tả sự suy giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR (Signal to
Noise Ration) do nhiễu của bộ khuếch đại thêm vào. Hệ số NF được tính bởi công
thức:
NF =
out
in
SNR
SNR

Trong đó: SNR
in
, SNR
out
là tỷ số tín hiệu trên nhiễu ở ngõ vào và ra của bộ
khuếch đại.
Hệ số nhiễu NF của bộ khuếch đại càng nhỏ thì càng tốt. Giá trị nhỏ nhất của
NF có thể đạt được là 3dB. Những bộ khuếch đại hoạt động thỏa mãn hệ số tối thiểu
này được gọi là đang hoạt động ở giới hạn lượng tử.
Ngoài bốn thông số kỹ thuật trên, các bộ khuếch đại quang còn được đánh giá
dựa trên các thông số sau:
+ Độ nhạy phân cực (Polarization sensitiviti) là sự phụ thuộc của độ lợi vào
phân cực của tín hiệu.


Er
3+
Doped
Fib
er