Lan truyền ánh sáng trong sợi quang
13

CHƢƠNG
1
LAN TRUYỀN ÁNH SÁNG TRONG SỢI QUANG
Sợi quang là môi trƣờng truyền dẫn suy hao thấp trên một dải tần số rộng.
Đặc tính suy hao thấp cho phép truyền tín hiệu với khoảng cách dài với tốc độ cao
trƣớc khi chúng đƣợc khuếch đại. Với hai đặc tính suy hao thấp và dải thông cao
nên hệ thống thông tin sợi quang đƣợc sử dụng rộng rãi. Chƣơng này sẽ thảo luận
các nguyên lý cơ bản lan truyền ánh sáng trong sợi quang, bắt đầu từ mô hình quang
hình học đơn giản tới các phƣơng trình truyền dẫn xung dựa trên hệ phƣơng trình
Maxwell
1.1 Hệ phương trình Maxwell và các khái niệm
Giống nhƣ các hiện tƣợng trƣờng điện từ, ánh sáng truyền dẫn trong sợi
quang cũng tuân theo hệ các phƣơng trình Maxwell:
(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
Với E và H tƣơng ứng là các vectơ điện trƣờng và từ trƣờng, D và B là mật
độ thông lƣợng tƣơng ứng. D và B có liên hệ với E và H nhƣ sau:
(1.5)
(1.6)
Lan truyền ánh sáng trong sợi quang
14

Trong đó ε là hằng số điện môi và µ là độ từ thẩm của môi trƣờng chân
không, P là vector gây ra bởi sự phân cực điện trƣờng, M là đại lƣợng gây ra bởi sự
phân cực từ trƣờng. Trong môi trƣờng là sợi quang thì M = 0.
Việc xác định các hiện tƣợng về trƣờng điện từ ta có thể xác định thông qua

+ + + =0
ρ
E E E E
n k E
z
    
   

  
(1.11)
Với và là biến đổi Fourier của E định nghĩa nhƣ sau :
   
-
1
r,t r,ω exp(-iωt)dω
2π
EE




(1.12)
Lan truyền ánh sáng trong sợi quang
15

E và H thỏa mãn các phƣơng trình Maxwell từ (1.1) đến (1.4) và chỉ có 2
trong 6 thành phần của E và H theo 3 hƣớng tọa độ là độc lập với nhau. Ngƣời ta
thƣờng lựa chọn và là 2 thành phần độc lập với nhau và biểu diễn các thành
phần theo và
Cả và đều thỏa mãn phƣơng trình (1.11). Phƣơng trình sóng cho dễ

= κρ + κρ 
mm
F C J C N

(1.15)
Với
m
J
là hàm Besel và
m
N
là hàm Neumanm và :

2 2 2
10
κ= - nk

(1.16)
Tƣơng tự với thành phần , các thành phần tiếp tuyến của và tại điều
kiện biên vẫn tiếp tục xuyên qua mặt phân cách lõi vỏ và yêu cầu các thành phần
giống nhƣ các thành phần này tại đƣợc tiếp cận từ bên
trong hoặc bên ngoài lõi. Sự cân bằng các thành phần trƣờng tại dẫn đến
phƣơng trình đặc trƣng của phƣơng pháp xác định hằng số lan truyền β trong sợi :
Lan truyền ánh sáng trong sợi quang
16

 
 
 
 


(1.17)
Với :

 
2 2 2 2 2
1 2 0
+ γ - n n k


(1.18)
Với mỗi giá trị của m, phƣơng trình (1.17) sẽ có vài nghiệm cho mỗi giá trị
của m, chúng ta sẽ biểu diễn nghiệm là với m, n là các số nguyên. Mỗi giá trị
tƣơng ứng với một mode cụ thể đƣợc hỗ trợ bởi sợi quang và tƣơng ứng với
điện trƣờng phân bố đƣợc xác định theo phƣơng trình (1.13). Có hai loại mode dẫn
đó là , với m=0 thì nó chính là điện trƣờng ngang và từ trƣờng
ngang. Với m > 0 thì các modes sợi là các mode lai, cả 6 thành phần của trƣờng
điện từ đều khác không.
1.3 Các đặc tính mode cơ bản
Phân bố trƣờng
E(r,t)
tƣơng ứng với có ba thành phần khác 0 đó là
, hoặc trong tọa độ Decac là
x
E
,
y
E
và
z

(1.19)
Với là hằng số chuẩn hóa. Phân bố ngang bên trong lõi xác định bởi :
     
0
x,y = κρ  ρ aFJ

(1.20)
Với là khoảng cách vật lý. Bên ngoài lõi trƣờng giảm theo
hàm mũ nhƣ sau:
     
0
x,y = κa exp -γ ρ-a 
a
FJ



(1.21)
Với trong phƣơng trình đƣợc xấp xỉ chủ yếu về mặt khai triển tiệm
cận và một thừa số cố định đƣợc cộng vào để đảm bảo sự ngang bằng của 2 phƣơng
trình khi , hằng số truyền dẫn trong phƣơng trình (1.19) đạt đƣợc bằng
cách giải phƣơng trình (1.17). Tần số của không chỉ phụ thuộc vào mà
còn phụ thuộc vào

. Sự đánh giá thƣờng yêu cầu một số nghiệm của
phƣơng trình (1.17) mặc dù các biểu thức tích phân xấp xỉ có thể đạt đƣợc trong các
trƣờng hợp cụ thể, chỉ số hiệu dụng của mode có liên quan tới : .
Sử dụng phân bố cho bởi phƣơng trình (1.20) và (1.21) là khá phức
tạp trong thực tế, với mode sợi cơ bản thì có thể xấp xỉ bởi phân bố Gaussian :
 

trợ mode cũng là mode cơ bản. Tất cả các mode khác sẽ vƣợt quá giới hạn
nếu V < với là giá trị nhỏ nhất của phƣơng trình hay ,
giá trị này cũng là giá trị tham số thiết kế, sự suy hao sẽ tăng nếu V/Vc giảm. Do đó
sợi quang đƣợc thiết kế với V gần bằng và bƣớc sóng giới hạn λc của sợi đơn
mode có thể thu đƣợc bằng cách sử dụng và V=2.405 trong phƣơng
trình (1.23), với giá trị với a= thì sợi quang sẽ hỗ
trợ đơn mode với . Trong thực tế bán kính lõi nên thấp hơn 2 để sợi
quang sẽ hỗ trợ một mode với ánh sáng trong vùng nhìn thấy.
1.5 Phương trình truyền dẫn xung cơ bản
Nghiên cứu hầu hết các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang có liên quan đến
việc sử dụng các xung ngắn với độ rộng xung khác nhau trong khoảng 10ns đến
10fs. Khi 1 xung truyền dẫn trong sợi quang thì 2 thành phần tán sắc và phi tuyến
đều ảnh hƣởng của hình dạng và phổ. Trong phần này chúng ta sẽ đi tìm phƣơng
trình truyền dẫn cơ bản của các xung sáng trong sợi tán sắc phi tuyến, điểm bắt đầu
là phƣơng trình sóng (1.7) dùng phƣơng trình (1.8) chúng ta có thể viết lại dƣới
dạng nhƣ sau:
2
22
2
NL
00
2 2 2 2
1
E- = +
L
P
EP
c t t t



(1.25)
Với là véc tơ đơn vị phận cực và là hàm biến đổi chậm theo thời
gian. Và thành phần cũng đƣợc biểu diễn theo cách tƣơng tự :
   
 
0
1
r,t r,t exp -i + c.
2
ˆ
c
LL
P x P t




(1.26)
   
 
0
1
r,t r,t exp -i + c.
2
ˆ
c
NL NL
P x P t



Trong đó và :
   
(1)
xx NL
=1+
    

(1.30)

Trong đó
()


là hằng số điện môi, có thể dùng để xác định chiết suất và hệ
số hấp thụ, tuy nhiên chúng đều có cƣờng độ phụ thuộc vào :
22
22
=n+ |E| =α+ |E| nn

(1.31)
Lan truyền ánh sáng trong sợi quang
20

Sử dụng biểu thức chúng ta sẽ xác định đƣợc hệ số phi
tuyến và hệ số hấp thụ hai photon :
 
 
 
 
33

xy
  




(1.34)
 
22
00
2i + - =0
z
A
A
  


(1.35)
Phƣơng trình (1.34) có thể đƣợc giải bằng cách sử dụng lý thuyết biến đổi
bậc 1, trƣớc tiên chúng ta có thể thay thế , và ta đƣợc phân phối F(x, y) và
số sóng tƣơng ứng


. Với sợi đơn mode thì tƣơng ứng với mode sợi cơ
bản . Khi chúng ta tính đến tác động của trong phƣơng trình (1.34), trong
lý thuyết sai số bậc nhất không ảnh hƣởng tới phân bố hàm tuy nhiên
giá trị trở thành :
   
= β + β
  

A
A
  


  

(1.38)
Ý nghĩa vật lý của phƣơng trình này là khá rõ ràng, mỗi thành phần phổ
tƣơng ứng hình dạng xung thu đƣợc, khi nó truyền xuống sợi quang sẽ có sự dịch
pha về độ lớn của cả tần số và cƣờng độ.
1.6 Phương trình sóng đặc trưng cho sự lan truyền của sóng điện từ trong môi
trường suy hao
Trong phần này chúng ta sẽ khảo sát sự lan truyền của điện từ ngang (TEM)
phẳng trong môi trƣờng có suy hao. Trƣớc khi đi vào chi tiết ta sẽ nhắc lại khái
niệm về sóng TEM phẳng

Hình 1.4 Sóng điện từ ngang TEM [6]
Thuật ngữ phẳng có nghĩa là các sóng đƣợc phân cực trong cùng một mặt
phẳng. Trên hình 1.4 trƣờng điện E đƣợc phân cực trong mặt phẳng x-z vì vậy E
thay đổi biên độ nhƣng không thay đổi định hƣớng : nó không bao giờ rời khỏi mặt
phẳng x-z. Tƣơng tự nhƣ trƣờng từ luôn nằm trong mặt phẳng y-z. Chúng ta nói E
đƣợc phân cực x còn H có phân cực y.
Thuật ngữ ngang có nghĩa là các vectơ E và H đều vuông góc với hƣớng lan
truyền tức là trục z trên hình 1.4.
Lan truyền ánh sáng trong sợi quang
22

az
xx
E z t E e t z



(1.42)
Tƣơng tự với thành phần từ trƣờng ta đƣợc hệ thức sau :
0
( , ) cos( )
az
yy
H z t H e t z



(1.43)
Đây chính là hai phƣơng trình sóng đặc trƣng cho sự lan truyền của sóng
điện từ trong môi trƣờng có suy hao.
1.7 Kết Luận
Chƣơng này cho ta một cái nhìn tổng quan về sợi quang, gồm có cấu tạo, các
phƣơng trình truyền dẫn xung cơ bản, các điều kiện mode hay là các phƣơng trình
truyền dẫn sóng trong những môi trƣờng khác nhau, đó là những lý thuyết cơ sở cực
kì quan trọng để chúng ta có thể hiểu đƣợc tính chất của những sợi quang thông
thƣờng và sợi quang đặc biệt sẽ đƣợc thảo luận ở các chƣơng tiếp theo.

,
0

là độ rộng của xung vào và xung ra, đơn vị là [S]. Độ tán sắc
qua mỗi km đƣợc tính bằng đơn vị [ns/km] hay [ps/km].
Tán sắc và bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang
24

Đối với tán sắc do chất liệu, ngƣời ta đánh giá độ tán sắc trên mỗi km sợi ứng
với mỗi nm của bề rộng phổ của nguồn quang, lúc đó đơn vị sẽ đƣợc tính là
[ps/(nm.km)].
Tán sắc làm cho các xung ánh sáng lan truyền trong sợi quang bị dãn rộng ra
và điều này gây nên méo tín hiệu. Nhìn chung, khi xung bị dãn sẽ dẫn tới méo tín
hiệu và làm xuống cấp đặc tính hệ thống. Xung tín hiệu dãn quá giới hạn gây hiện
tƣợng che phủ của các xung kề nhau, và khi sự che phủ vƣợt quá một mức nào đó
thì thiết bị thu quang sẽ không còn phân biệt nổi các tín hiệu này nữa gây nên lỗi tín
hiệu. Trong trƣờng hợp này ta có thể hiểu rằng tán sắc đã gây ra giới hạn truyền
dẫn.
2.2 Các loại tán sắc
Trong thông tin quang ngƣời ta chia ra ba loại tán sắc bao gồm : tán sắc
mode, tán sắc phân cực mode và tán sắc sắc thể ( tán sắc sắc thể bao gồm tán sắc
ống dẫn sóng và tán sắc vật liệu ). Khi sợi quang là sợi đa mode thì tồn tại hầu nhƣ
tất cả các loại tán sắc trên. Nhƣng khi công nghệ chế tạo sợi đã phát triển, sợi đơn
mode ra đời và nó đã khắc phục đƣợc tán sắc mode của sợi đa mode. Tuy nhiên vì
bản chất chiết suất Silica phụ thuộc vào bƣớc sóng và nguồn phát không thể phát ra
ánh sáng đơn sắc mà là chùm tia sáng với độ rộng phổ nào đó. Chính vì thế mà
trong sợi đơn mode vẫn tồn tại tán sắc phân cực mode và tán sắc sắc thể. Ngày nay
với công nghệ phát triển cao, ngƣời ta đã chế tạo ra đƣợc các loại sợi quang có mức
tán sắc giảm đáng kể. Những sợi này dùng để lắp đặt trong các mạng tốc độ bít cao

suất bậc SI ) và N =
2
/4V
( đối với sợi chiết suất biến đổi GI ). Nhƣ vậy đối với
sợi quang đa mode công suất tổng cộng đƣợc mang bởi nhiều mode riêng lẻ và tại
đầu ra thì các mode riêng lẻ này tập hợp lại thành luồng ra với công suất của nó.

Tán sắc trong sợi SI

Tán sắc trong sợi GI
Hình 2.1 Tán sắc trong sợi đa mode
2.2.2 Tán sắc trong sợi đơn mode
Nhƣ đã đề cập ở trên, tán sắc mode là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự hạn
chế tốc độ bít trong hệ thống thông tin quang sử dụng sợi đa mode. Điều này không
có nghĩa là trong sợi đa mode chỉ có tán sắc mode mà nó còn chịu ảnh hƣởng của
Tán sắc và bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang
26

nhiều loại tán sắc khác. Tuy nhiên thì tán sắc mode là có ảnh hƣởng lớn hơn cả. Để
khắc phục tán sắc mode ngƣời ta đã chế tạo ra sợi quang chỉ truyền một mode sóng
hay còn gọi là sợi đơn mode và khi đó sợi này đã khắc phục hoàn toàn đƣợc tán sắc
mode
Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu về tán sắc sắc thể trong sợi quang. Nguyên nhân
sâu xa của tán sắc sắc thể là do bộ phát quang không phát ra ánh sáng đơn sắc mà
nó phát ra một chùm tia sáng có bƣớc sóng trung tâm tại công suất phát cực đại. Tán
sắc sắc thể có hai nguyên nhân sinh ra nó : Thứ nhất là do các thành phần tần số
khác nhau di chuyển với vận tốc khác nhau, và tán sắc do nguyên nhân này là tán
sắc vật liệu, và đây cũng là nguyên nhân chủ yếu của tán sắc sắc thể. Tuy nhiên còn
có thành phần tán sắc thứ hai là tán sắc ống dẫn sóng mà nguyên nhân sinh ra nó là
do năng lƣợng ánh sáng truyền đi có một phần trong lõi và một phần trong lớp vỏ

Bằng cách áp dụng
0
/nk n c


vào phƣơng trình trên ta có thể tính
đƣợc
/
gg
v c n
trong đó
g
n
là chiết suất nhóm đƣợc cho bởi :
Tán sắc và bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang
27

( / )
g
n n dn d


(2.4)
Sự phụ thuộc của tần số vào vận tốc nhóm dẫn đến sự mở rộng xung, đơn
giản là bởi vì các thành phần phổ khác nhau của xung bị tán sắc trong suốt sự lan
truyền và không đến đầu ra của sợi cùng một lúc
Nếu


là độ rộng phổ của xung thì phạm vi mở rộng xung đối với sợi có

phát bởi nguồn quang. Bằng cách sử dụng
2 . /c
  

và
2
( 2 / )c

  
   
thì
phƣơng trình (2.5) đƣợc viết lại nhƣ sau:
g
dL
T DL
dv



    



(2.6)
Trong đó
2
2
12
g
dc

, khi đó ta có thể viết lại :
2
2 2 2
2 1 2
2
g
c d dn d n
D
d v d d



   


    





(2.9)
Ngƣời ta đã chứng minh đƣợc rằng D là tổng của
M
D
và
W
D
lần lƣợt là tán sắc
vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng đƣợc cho bởi :


  



(2.11)
Với
2g
n
là chiết suất nhóm của lớp bọc, V là tần số chuẩn hóa, b là hằng số lan
truyền chuẩn hóa,

là sự chênh lệch chiết suất lõi vỏ
2.2.2.2 Tán sắc vật liệu
Tán sắc vật liệu xảy ra do chiết suất của silica thay đổi theo tần số quang :

Hình 2.2 Sự phụ thuộc của chiết suất n và chiết suất nhóm
g
n
vào bước
sóng[6].
Tán sắc và bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang
29

Tán sắc vật liệu có liên hệ với độ dốc của
g
n
theo công thức :
1
ng

ZD

và
ngƣợc lại.
2.2.2.3 Tán sắc ống dẫn sóng
Trong sợi đa mode tán sắc ống dẫn sóng chiếm một phần nhỏ trong tán sắc
tổng, do đó ta có thể coi tán sắc sắc thể chính là tán sắc vật liệu, song đối với sợi
đơn mode thì tán sắc dẫn sóng lại chiếm thành phần quan trọng. Tán sắc vật liệu và
tán sắc dẫn sóng phụ thuộc lẫn nhau do đó ta phải xét cùng nhau.
Tán sắc ống dẫn sóng xuất hiện là do ánh sáng đƣợc truyền bởi cấu trúc sợi
quang. Cơ chế gây ra dạng tán sắc này đƣợc thể hiện nhƣ sau : Sau khi đi vào sợi
quang, một xung ánh sáng mang thông tin sẽ đƣợc phân bố giữa lõi và lớp bọc, khi
đó hai thành phần ánh sáng trong lõi và lớp bọc sẽ truyền với vận tốc khác nhau, khi
đến cuối sợi quang ở những thời điểm khác nhau gây ra tán sắc. Tán sắc ống dẫn
sóng phụ thuộc vào phân bố trƣờng mode giữa lõi và lớp bọc, tức là phụ thuộc vào
đƣờng kính trƣờng mode ( MFD – Mode Field Diameter) mà MFD lại phụ thuộc
bƣớc sóng, do đó tán sắc ống dẫn sóng phụ thuộc vào bƣớc sóng.
Tán sắc ống dẫn sóng đƣợc tính bởi công thức :
2
2
22
w
22
2
2 ( ) ( )
gg
n dn
Vd Vb d Vb
D
n dV d dV


Hình 2.3 : Hình ảnh minh họa cho tán sắc phân cực mode [6]
2.3 Các phương pháp bù tán sắc trong sợi quang
Nhƣ chúng ta đã biết ảnh hƣởng của tán sắc có tác động rất lớn đến chất
lƣợng của hệ thống thông tin quang nói chung và hệ thống thông tin quang tốc độ
cao WDM nói riêng. Tán sắc gây ra hiện tƣợng giãn xung, gây méo tín hiệu, làm
tăng các lỗi bít xảy ra, ảnh hƣởng lớn đến tốc độ truyền dẫn của hệ thống.
Đã có một số mô hình quản lý tán sắc đƣợc đƣa ra để giải quyết vấn đề này,
nền tảng của những mô hình đó là khá đơn giản và đƣợc hiểu dựa trên phƣơng trình
lan truyền sau:
23
3
2
23
0
26
A i A A
z t t


  
  
  
(2.14)
Trong đó A là biên độ bao xung. Những ảnh hƣởng của tán sắc bậc 3 đƣợc kí
hiệu là
3

. Trên thực tế
3

3

= 0 ta đƣợc kết quả sau :
2
2
1
( , ) (0, )exp
22
i
A z t A z i t d
    








(2.16)
Trong đó
A
(0, )

là khai triển Fourier của
A(0,t)
.
Sự suy biến gây ra tán sắc của tín hiệu quang là do hệ số pha đạt giá trị
2
exp( / 2)iz

giữa bít 0 và 1. Hai bƣớc sóng sẽ lan truyền trong sợi với tốc độ
hơi khác nhau.
Một phƣơng pháp khác là mã hóa cặp nhị phân có thể giảm băng thông của
tín hiệu còn 50%. Trong phƣơng pháp mã hóa này, hai bít kế tiếp nhau trong chuỗi
nhị phân gộp lại hình thành một mã cặp nhị phân 3 mức ở tốc độ bít chỉ bằng một
Tán sắc và bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang
32

nửa. Vì tán sắc vận tốc nhóm phụ thuộc độ rộng băng của tín hiệu nên khoảng cách
truyền có thể tăng nhờ giảm băng tần của tín hiệu.
Tốc độ bít 10Gbps sử dụng mã hóa cặp nhị phân thì cự ly truyền dẫn có thể
tăng thêm 30 đến 40 km so với mã hóa nhị phân.
Mã hóa cặp nhị phân có thể kết hợp với kĩ thuật lệch tần trƣớc. Trong thực tế
đã truyền đƣợc tín hiệu tốc độ bít 10Gbps qua cự ly 160km sợi thƣờng nhờ kết hợp
mã hóa cặp nhị phân với bộ điều chế ngoài có C > 0.
2.3.2 Kĩ thuật bù tán sắc trên đường dây
2.3.2.1 Bù tán sắc bằng sợi quang DCF
Các kĩ thuật bù tán sắc trƣớc đó có thể tăng khoảng cách lên gấp đôi nhƣng
nó không thích hợp cho các hệ thống có cự ly lớn, trong đó tán sắc vận tốc nhóm
phải đƣợc bù dọc theo đƣờng dây truyền dẫn theo chu kì. Các kĩ thuật bù trên các hệ
thống nhƣ thế này phải đảm bảo trên toàn dải quang, đặt trên sợi, và một loại sợi
đƣợc biết đến là sợi bù tán sắc.
Trên thực tế để nâng cấp các hệ thống thông tin quang sử dụng sợi chuẩn
hiện có, ngƣời ta thêm vào đó một sợi bù tán sắc ( chiều dài từ 6 đến 8km ) đối với
các bộ khuếch đại quang đặt cách nhau 60 đến 80 km. Sợi bù tán sắc sẽ bù tán sắc
vận tốc nhóm, trong khi bộ khuếch đại sẽ có nhiệm vụ bù suy hao trong sợi.
Ngƣời ta thƣờng sử dụng sợi DCF kết hợp với các bộ khuếch đại OA
(thƣờng sử dụng bộ EDFA) để bù tán sắc trên tuyến quang.
2.3.2.2 Bù tán sắc bằng sợi lọc quang
Nguyên lý của phƣơng pháp này nhƣ sau : giả sử hàm truyền đạt của bộ lọc


theo chuỗi Taylor và giữ ở số hạng bậc 2
ta đƣợc :
 
2
0 1 2
1
( ) ( ) exp ( ) ( ) exp
2
H H i H i
         


   




(2.19)
Ở đây
m
m
m
d
d




đƣợc ƣớc lƣợng tại tần số sóng mang quang

hƣởng Fabry Perot và bộ lọc giao thoa kế Mach Zehnder.
2.3.2.3 Bù tán sắc bằng tín hiệu quang liên hợp pha OPC
Kĩ thuật OPC đòi hỏi một phần tử quang phi tuyến mà có thể tạo ra tín hiệu
pha liên hợp. Thông thƣờng ngƣời ta dùng phƣơng pháp trộn 4 bƣớc sóng ( FWM-
Four Wave Mixing ) trong vùng phi tuyến, vì bản thân sợi quang tự nó đã là một
môi trƣờng phi tuyến ( cách đơn giản là dùng một sợi quang dài vài km đƣợc thiết
kế một cách đặc biệt để tối đa hiệu ứng FWM ).
Tiềm năng của kĩ thuật này đã đƣợc chứng minh trong một thử nghiệm năm
1999 với 1 bộ kết hợp cơ bản FWM đƣợc sử dụng bù tán sắc vận tốc nhóm ở tốc độ
40Gb/s trên chiều dài 140km sợi quang tiêu chuẩn.
Hầu hết các cuộc thí nghiệm về bù tán sắc đƣợc nghiên cứu trên khoảng
truyền là vài trăm km. Đối với đƣờng truyền dài hơn nó đặt ra vấn đề kĩ thuật OPC
có thể bù tán sắc vận tốc nhóm GVD cho chiều dài lên đến hàng ngàn km sợi quang
mà đƣợc dùng các bộ suy hao có đƣợc hay không. Trong một thí nghiệm mô phỏng,
Tán sắc và bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang
34

tín hiệu tốc độ 10Gb/s có thể truyền trên 6000 km trong khi chỉ sử dụng công suất
trung bình dƣới mức 3mW để giảm hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang. Trong một
nghiên cứu khác cho thấy bộ khuếch đại đóng một vai trò quan trọng. Với khoảng
cách truyền trên 9000km có thể thực hiện đƣợc bằng cách giữ các bộ khuếch đại
cho mỗi đoạn 40km. Sự lựa chọn bƣớc sóng hoạt động đặc biệt là bƣớc sóng tán sắc
không có ý nghĩa then chốt. Trong vùng tán sắc dị thƣờng, công suất của tín hiệu
biến đổi tuần hoàn dọc theo chiều dài sợi, điều này có thể dẫn tới việc tạo ra các dải
biên do hiện tƣợng bất ổn điều chế.
2.3.2.4 Bù tán sắc bằng cách tử Bragg
Nguyên lý chế tạo sợi cách tử để bù tán sắc dựa trên điều kiện phản xạ Bragg
có dạng :
2n


điện nếu sợi quang hoạt động nhƣ một hệ thống tuyến tính.
Việc bù sẽ dễ dàng hơn nếu bộ thu đƣợc sử dụng để tách tín hiệu : bộ thu này
đầu tiên chuyển tín hiệu quang thanh tín hiệu viba tại tần số trung tâm
IF

và vẫn
giữ thông tin về biên độ và pha. Một bộ lọc thông dải hoạt động ở tần số vi ba với
đáp ứng xung có hàm truyền đạt là :
2
2
( ) exp ( ) .
2
IF
L
Hi
   

  


(2.21)
Bộ lọc này sẽ khôi phục lại dạng ban đầu của tín hiệu nhận đƣợc. Một kĩ thuật
cân bằng quang – điện đã đƣợc đƣa ra. Trong kĩ thuật này bộ chia công suất tại máy
thu chia tín hiệu quang nhận đƣợc thành nhiều nhánh, các nhánh có độ trễ khác
nhau. Tín hiệu quang trên mỗi nhánh đƣợc chuyển sang dòng điện nhờ sử dụng các
photodetector có độ nhạy có thể thay đổi và tổng dòng điện quang đƣợc sử dụng
cho mạch quyết định bít. Kĩ thuật này có thể tăng khoảng cách đƣờng truyền lên
gấp ba lần đối với hệ thống hoạt động ở tốc độ 5Gbps.
mỗi kênh hệ thống phi tuyến có thể hỗ trợ các tốc độ lên đến 10Gb/s.
3.1 Tổng quan về Soliton
3.1.1 Khái niệm về Soliton
Soliton là thuật ngữ biểu diễn các xung lan truyền qua khoảng cách dài mà
không thay đổi hình dạng xung bởi nó đƣa ra khả năng đặc biệt để truyền các xung
không nhạy cảm với tán sắc.
Sự tồn tại của Soliton trong sợi quang và sử dụng chúng cho truyền thông
quang đã đƣợc đề nghị từ những năm 1973 và đến năm 1980 Soliton đã đƣợc chứng
minh bằng thực nghiệm. Tiềm năng của Soliton trong truyền dẫn quang đƣờng dài
đƣợc khẳng định vào năm 1988 trong một thí nghiệm mà suy hao sợi đƣợc bù bằng
kĩ thuật khuếch đại Raman.

Trích đoạn Tính chất của sợi quang tinh thể lõi chiết suất cao Phần mềm mô phỏng APSS

---