Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao
HVTH: Nguyễn Thành Vinh
LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñề tài luận văn thạc sỹ khoa học: "Hệ thống
truyền dẫn quang tốc ñộ cao” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn
của GS.TS. Trần ðức Hân. ðây không phải là bản sao chép của bất
kỳ một cá nhân, tổ chức nào. Các số liệu, kết quả trong luận văn ñều
do tôi làm thực nghiệm, xác ñịnh và ñánh giá.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi ñã
trình bày trong Luận văn này.

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2011
HỌC VIÊN
Nguyễn Thành Vinh
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao
HVTH: Nguyễn Thành Vinh
MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN

CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

LỜI NÓI ðẦU 1

CHƯƠNG 1: SỢI DẪN QUANG DÙNG TRONG HỆ THỐNG QUANG


2.1.2. Phương thức ñiều chế nguồn phát hệ thống 40Gb/s 19

2.2. Bộ thu quang dùng cho hệ thống quang 40Gbit/s 25

CHƯƠNG 3: KHUẾCH ðẠI QUANG SỢI EDFA DÙNG TRONG HỆ
THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC ðỘ CAO 29

3.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt ñộng 29
3.2. Các ñặc tính cơ bản của EDFA 31

3.2.1. Nguồn bơm quang 31

3.3.2 Hệ số khuếch ñại 35

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao
HVTH: Nguyễn Thành Vinh
3.3. Bão hoà hệ số khuếch ñại. 38

3.3.4. Hấp thụ và bức xạ giữa các phần 40

3.3.5. Các phương trình tốc ñộ hạt mang và khuếch ñại 41

3.3.6. ðộ ñài tối ưu của EDFA 43

3.3.7. Tạp âm và hệ số tạp âm 44

3.4. Các ứng dụng của EDFA 50

3.4.1. Bộ khuếch ñại công suất (BA-Hooster Amplifier) 50


CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG 40Gb/s 75

5.1. Sơ lược về hệ thống 75

5.2. Phương pháp ñánh giá hoạt ñộng của hệ thống 76

5.3. Hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ trên tuyến có ñộ tán sắc ñược quản
lý (DM line) 77

5.3.1. Giải pháp xung ổn ñịnh (DM soliton) 77

5.3.2. Các ñặc trưng truyền dẫn của hệ thống 40Gb/s với giải pháp xung
DM. 81

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao
HVTH: Nguyễn Thành Vinh
5.4.Hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ với ñiều chế ñồng bộ thông thường 83

5.4.1.Cấu trúc hệ thống 40Gb/s sử dụng giải pháp ñiều chế ñồng bộ
thông thường 83

5.4.2. ðặc trưng của hệ thống truyền dẫn 40Gb/s với ñiều chế ñồng bộ thông
thường 85

5.5. Hệ thống truyền dẫn RZ 40Gb/s với ñiều chế ñồng bộ cải tiến 87

5.5.1. Cấu trúc của hệ thống 40Gb/s sử dụng công nghệ ñiều chế ñồng bộ
cải tiến 87



7.3. Các form chính của phần mềm 109

7.4. Các hàm thiết kế chính 114

7.4.1. Hàm nhập thiết bị EDFA 114

7.4.4. Hàm mô phỏng hệ thống trình bày trong chương 6 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao
HVTH: Nguyễn Thành Vinh
CÁC TỪ VIẾT TẮT

APD : Avalanche Photodiode
ASE : Amplified Spontaneous Emission
BA : Booster Amplifier
BER : Bit Error Rate
DFB : Distributed Feedback
DM : Dispersion Management
DSF : Dispersion Shifted Fiber
EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifier
ESA : Excited State Absorption
FWHM : Full Width Half Max
FWM : Four Wave Mixing
GVD : Group Velocity Dispersion
LA : Line Ampifier
LD : Laser Diode
LEAF : Lerger Effective Area Fiber


Hình 1.3. Sự suy hao do uốn cong thay ñổi theo bán kính R 9

Hình 1. 4. Chỉ số chiết suất và chỉ số nhóm 11

Hình 1.5. Tham số b và các vi phân của nó d (Vb) và Vd
2
thay ñổi theo V 12

Hình 1.6. Các loại tán sắc cho sợi ñơn mode. M: tán sắc vật liệu G: tán sắc dẫn
sóng; T: tán sắc tổng P: tán sắc do mặt cắt gây ra, R: tán sắc dư 12

Hình 1.7. Tán sắc phân cực mode trong sợi quang 15

Hình 2.1. Cấu trúc của DFB 19

Hình 2. 2 Nguồn phát sử dụng kĩ thuật ñiều chế ngoài 20

Hình 2.3. Bộ ñiều chế Mach-zehnder 22

Hình. 2.4. Sơ ñồ nguyên lý của một bộ biến ñiệu ñiện quang Mach-zehnder 22

Hình 2. 5. Bộ ñiều chế âm quang 25

Hình 2.6. Cấu trúc bộ thu quang tổ hợp OEICs 27

Hình 3.1: Các cấu trúc cơ bản của bộ khuếch ñại quang EDFA 31

Hình 3.2: Các mức năng lượng trong EDFA 31



Hình 3.15. Hệ số tạp âm của EDFA 49

Hình 3 16: Các ứng dụng của EDFA 50

Hình 4.1. Hệ số giãn xung phụ thuộc vào cự ly truyền dẫn ñối với các xung
Gaussian 55

Hình 4. 2 Giới hạn tốc ñộ bít của sợi ñơn mode phụ thuộc vào cự ly 57

Hình 4.3. ðặc tính tán sắc của hai sợi DCF 61

Bảng 4.1. Thông số các sợi quang và sợi bù tương ứng 62

Hình 4.4 Sự phụ thuộc của FWM vào D trong sợi quang 68

Hình 4. 5. Sự tương tác giữa photon và phonon quang 71

Hình 4. 6. Hiện tượng Raman nghiêng 72

Hình 4 .7. Phổ khuếch ñại Ra man của silic ở bước sóng bơm
p
1 m
λ = µ
73

Hình 5.1. Cấu hình của hệ thống 40Gb/s RZ trên tuyến Dm gồm SMF và DCF 76

Hình 5. 2. Sự phát triển của ñộ rộng xung quang phổ và D
chirp

Hình 5.10. Sự phát triển ñộ rộng xung, ñộ rộng phổ và Dchirp khi một xung ñơn
ñược truyền trên tuyến DM với ñiều chế ñồng bộ cải tiến 89

Hình 5.11. Sự phát triển dạng sóng của xung trên tuyến DM với ñiều chế ñồng bộ
cái tiến (a)sự truyền dẫn xung ñơn; truyền dẫn 2 xung 90

Hình 6.1. Mô tả hệ thống WDM 92

Hình 6.2. Quản lý tán sắc trên mô phỏng 94

Hình 6.3. NRZ trong các hệ thống 40 GHz; công suất trung bình mỗi kênh là 3dB 97

Hình 6.4: CS-RZ trong các hệ thống 40GHz, công suất trung bình của mỗi kênh là
3dB 97

Hình 6. 5. Hệ thống 40 Gb/s NRZ-DPSK, công suất trung bình mỗi kênh là 0dBm98

Hình 6.6. Hệ thống 40 Gb/s RZ-DPSK~ công suất trung bình mỗi kênh là 0dB 99

Hình 6.7. Sơ ñồ khối của hệ thống 101

Hình 6.8. Quảng lý tán sắc trong mô phỏng 102

Hình 6. 9. EOP (eye-opening-penalty) dọc theo ñường truyền bao gồm cả SSMF và
DCF) khi công suất vào trung bình tà 12dBm và mã hóa quang theo kiểu NRZ 103

Hình 6.10. Khoảng cách truyền dẫn giới hạn bởi SPM thông qua công suất quang
ñối với tốc ñộ dữ liệu 10 Gb/s 104

Hình 6.11. Khoảng cách truyền dẫn giới hạn bởi SPM thông qua công suất quang


LỜI NÓI ðẦU

Trong những năm vừa qua, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ ñiện tử- viễn
thông, công nghệ quang sợi và thông tin quang ñã có những tiến bộ vượt bậc, giá thành
không ngừng giảm xuống tạo ñiều kiện cho việc sử dụng ngày càng rộng rãi trên nhiều
lĩnh vực. Hiện nay, hệ thống thông tin quang ñã nổi lên và là các hệ thống thông tin tiên
tiến bậc nhất. Trong tương lai, cáp sợi quang ñược sử dụng rộng rãi và là môi trường
truyền dẫn lí tưởng. Cảnh quang chung về mạng quang qua các giai ñoạn như sau:
Thế hệ quang thứ nhất ñược thương mại hóa từ năm 1980, hoạt ñộng ở bước sóng
800nm và sử dụng laser bán dẫn GaAs. Tốc ñộ dữ liệu của hệ thống khoảng 45Mb/s
với khoảng lặp là 10km.
Thế hệ quang thứ 2 ñược thương mại hóa từ sau những năm 1980, hoạt ñộng ở
bước sóng gần l.3
m
µ
, trong ñó suy hao quang <l dB/km và sợi quang có tán sắc nhỏ
nhất trong vùng này. Năm 1987, hệ thống truyền dẫn quang thế hệ 2 ñã có tốc ñộ bít
1.7 Gb/s và khoảng lặp 50km.
Hệ thống quang thế hệ 3 có tốc ñộ bít 2.5Gb/s và ñược thương mại hóa từ năm
1990. Nó ñược biết ñến với sợi quang silic có suy hao tối thiểu (0.2-dB/km) ở gần
bước sóng 1550nm. Không may là sợi quang lại có tán sắc lớn ở vùng bước sóng
1550nm. ðể giải quyết vấn ñề này, người ta ñã ñưa ra loại sợi quang tán sắc dịch
chuyển và laser ñơn mo de dọc. Mặt hạn chế của mạng quang thế hệ 3 là tín hiệu phải
ñược phát lại một cách tuần hoàn bằng ñiện khi qua các bộ lặp với khoảng cách lặp
tiêu biểu là 60-70km.
Việc sử dụng EDFA và WDM là một ñặc ñiểm nổi bật của mạng quang thế hệ
thứ 4 ñược phát triển từ những năm 1985 và ñược thương mại hóa từ năm 1990. EDFA
làm cho cho tín hiệu quang có thể truyền tới khoảng cách hàng nghìn tìm mà không
cần sử dụng bộ tái tạo ñiện. Việc phát minh ra kỹ thuật WDM ñã mở ra một cuộc cách


Chương 6:
Ảnh hưởng của các dạng ñiều chế ñến hệ thống truyền dẫn quang tốc
ñộ cao.
Chương 7:
Bài toán mô phỏng hệ thống truyền dẫn quang.
Mặc dù ñã có nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành ñề tài song do
trình ñộ và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận ñược ý
kiến ñóng góp quý báu của các thầy cô giáo, chuyên gia chuyên nghành, ñồng nghiệp.
Luận văn cao học
Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao

HVTH: Nguyễn Thành Vinh
3

CHƯƠNG 1
SỢI DẪN QUANG DÙNG TRONG HỆ THỐNG
QUANG TỐC ðỘ CAO

1.1 Các sợi quang ñơn mode dùng trong hệ thống quang tốc ñộ cao.
Khi phân tích các sợi quang ta thấy rằng sợi ñơn mode có suy hao nhỏ và có băng
tần rất lớn. ðiều ñó khẳng ñịnh vai trò và năng lực của nó trong mạng viễn thông hiện ñại
và trong tương lai. Tuy nhiên ñể nâng cao hơn nữa khả năng sửdụng sợi ñơn mode thông
thường người ta tiếp tục thay ñổi một số tham số trong cấu trúc sợi này. Nhờ tối ưu hoá
sợi ñơn mode, công nghệ quang sợi ñã cho ra ñã cho ra ñời một loại sợi mới có suy hao
rất nhỏ, có chất lượng truyền dẫn tốt hơn, tích băng tần cự li lớn và có tuổi thọ cao sẽ ñáp
ứng ñược yêu cầu cao của những hệ thống truyền dẫn tốc ñộ cao.
Có thể nhận thấy rằng có thể tạo ñược các loại sợi quang dẫn mới khi thay ñổi
mặt cắt chỉ số chiết suất của lõi sợi. Cho tới nay người ta ñã thiết kế và chế tạo hai loại
sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang dựa theo nguyên

nhưng ñiểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng khác không với giá trị tiêu biểu là
0,lps/km.nm
≤
Dmin
≤
Dmax
≤
6 ps/km. nm trong vùng bước sóng 1530nm- 1565nm.
Có hai loại sợi NZ-DSF. Loại sợi +NZ-DSF có ñiểm tán sắc bằng không nằm ở
vùng bước sóng < 1500nm như ñược thể hiện trong hình 2.4. Loại sợi -NZ- DSF có
ñiểm tán sắc bằng không nằm ở vùng bước sóng > 1600nm. Ngoài ra còn có loại sợi
NZ-DSF có hai ñiểm tán sắc bằng không thuộc loại sợi tán sắc phẳng.

Hình 1.1. Tán sắc của các loại sợi SMF. DSF và NZ-DSF
Ngoài các ưu ñiểm về suy hao và tán sắc như ñã phân tích ở trên, sợi NZ-DSF
còn có các ñặc ñiểm rất mạnh khác như khả năng giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng
phi tuyến và giảm tán sắc phân cục mode. Nhìn chung các sợi quang ñược thiết kế ñể
dịch chuyển tán sắc thường có diện tích hiệu dụng Aeff khoảng 50-60
2
m
µ
. Trong khi
ñó ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến tại tỉ lệ nghịch với Aeff ñối với các hiệu ứng
tán xạ Brillouin ñược kích thích SBS(Stimulated Brillouin Scanering), tán xạ Raman
ñược kích thích SRS (Stimulate Raman Scattering), SPM, FWM. Còn các ảnh hưởng
của các hiệu ứng phi tuyến lại tỉ lệ nghịch với (Aeff)
2
ñối với hiệu ứng XPM. Do ñó ñể
giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến thì phải tăng diện tích hiệu dụng của sợi.
Luận văn cao học

Enhanced

Teralight
ultra
Thời ñiểm ra ñời 4/1997 2/1998 9/1998 1999
ðường kính vỏ phản xạ,
m
µ

125,0 1
±

125,0 1
±

125,0 1
±

125,0 1
±

125,0 1
±

ðường kính vỏ phản xạ,
m
µ
ngoài,
m
µ

9,6 9,2
±
0,5
ðộ ñồng tâm của trường mode tại
1550nm,
m
µ

≤
0,5
≤
0,5
≤
0,5
≤
0,5
≤
0,5
Trường mode ðộ không tròn
ñều, %
Vỏ phản xạ
Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ
Rất nhỏ

Hệ số tán sắc vùng 1550nm,
ps/nm
2
. km
4,4 4,4 3,7 3,7 8
ðộ dốc tán sắc, ps/km.nm

≤
0,22
Suy hao uốn cong tại 1550nm với
bán kính 37,5nm, dB
≤
0,05
≤
0,05
≤
0,05
≤
0,5 05
Diện tích hiệu dụng 55 70 70
÷
120 70
÷
120 63

Luận văn cao học
Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao

HVTH: Nguyễn Thành Vinh
6

1.2. Suy hao tín hiệu truyền trong sợi quang.
Việc truyền tín hiệu từ phía phát tới phía thu sẽ bị suy hao và méo tín hiệu, ñây là
hai yếu tố quan trọng, nó tác ñộng vào toàn bộ quá trình thông tin, ñịnh cỡ về khoảng cách
và tốc ñộ tuyến truyền dẫn cũng như xác ñịnh cấu hình của hệ thống thông tin quang.
Sự suy hao trong sợi quang dẫn ñến việc giảm công suất tín hiệu khi lan truyền
qua một khoảng cách nào ñó

tạo ra suy hao. Các suy hao này là suy hao ngoài bản chất của sợi do ñó có thể làm giảm
chúng bằng nhiêu biện pháp khác nhau. Vấn ñề ta xét ở ñây là suy hao bản chất ở bên
trong sợi. Trong quá trình truyền ánh sáng bản thân sợi dẫn quang cũng có suy hao và làm
cho tín hiệu bị yếu ñi khi qua một cự ly lan truyền ánh sáng nào ñó. Cơ chế suy hao cơ
bản trong sợi quang là suy hao do hấp thụ, do tán xạ hay do bức xạ năng lượng ánh sáng.
Trong các suy hao trên, suy hao do hấp thụ có liên quan tới vật liệu sợi bao gồm hấp thụ
do tạp chất hấp thụ vật liệu và hấp thụ ñiện, còn suy hao do tán xạ có liên quan tới cả vật
liệu sợi và tính không hoàn hảo về cấu trúc sợi. Còn suy hao bức xạ là do tính xáo trộn về
hình học của sợi gây ra.
Luận văn cao học
Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao

HVTH: Nguyễn Thành Vinh
7

Từ phương trình trên ta có suy hao là
(
)
10
r
P 0
10
A log
A P
=
(1.3)
1.2.1. Hấp thụ tín hiệu trong sợi dẫn quang
Hấp thụ ánh sáng trong sợi dẫn quang là yếu tố quan trọng trong việc tạo nên bản
chất suy hao của sợi quang
.

E/E
uv
Ce
α =
(1.4)
C, E
0
là hằng số rút ra từ kinh nghiệm, E là năng lượng photon. Do E tỉ lệ nghịch
với bước sóng, cho nên ñặc tính hấp thụ cực tím ñi xuống theo bậc hàm mũ so với
chiều tăng của bước sóng.
Luận văn cao học
Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao

HVTH: Nguyễn Thành Vinh
8Hình 1.2 Các ñặc tính suy hao theo bước

sóng của sợi dẫn quang với các cơ chế
1 2.2. Suy hao do tán xạ
Suy hao tán xạ trong sợi dẫn quang là do tính không ñồng ñều rất nhỏ của lõi sợi
gây ra. ðó là do có những thay ñổi rất nhỏ trong vật liệu, tính không ñồng ñều về cấu
trúc hoặc các khiếm khuyết trong quá trình chế tạo sợi. Như vậy trong câu trúc lõi sợi
sẽ bao gồm cả mật ñộ phân tử cao hơn và mật ñộ phân tử thấp hơn mật ñộ trung bình.
Ngoài ra, do thuỷ tinh ñược chế tạo từ vài loại oxit như SIO
2
GeO
2
và P

f
: nhiệt ñộ hư cấu là nhiệt ñộ mà tại ñó tính bất ổn ñịnh về mật ñộ bị ñông lại
thành thuỷ tinh.
ðối với các loại thuỷ tinh nhiều thành phần tán xạ này ñược tính như sau:
( )
3
2
2
scat
4
8
n V
3
π
α = δ δ
λ
(1.6)

Ở ñây, tính bất ổn ñịnh về mật ñộ và thành phần lớn hay nhỏ là không thể biết
Luận văn cao học
Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao

HVTH: Nguyễn Thành Vinh
9

ñược, do ñó phải qua số liệu tán xạ thực nghiệm mới biết ñược. Do tán xạ Rayleigh
phụ thuộc theo
4
−
λ


Tín hiệu truyền dọc theo sợi dẫn sẽ bị méo. Hiện tượng méo này là do tán sắc bên
trong mode và hiệu ứng trễ giữa các mode gây ra. Các hiệu ứng tán sắc ở ñây ñược
giải thích nhờ việc khảo sát trạng thái các vận tốc nhóm của các mode truyền dẫn, mà
ở ñây vận tốc nhóm là tốc ñộ mà tại ñó năng lượng ở trong các mode riêng biệt lan
truyền dọc theo sợi. Tán sắc bên trong mode là sự dãn xung tín hiệu ánh sáng xảy ra ở
trong một mode. Vì tán sắc bên trong mode phụ thuộc vào bước sóng cho nên ảnh
hưởng của nó tới méo tín hiệu sẽ tăng lên theo sự tăng của ñộ rộng phổ nguồn phát. ðộ
rộng phổ là dải bước sóng mà nguồn quang phát tín hiệu ánh sáng trên nó. ðộ dãn
xung có thể ñược mô tả bằng công thức như sau:
n
s
d
L
d
τ λ
τ
 
δ = λ σ
 
λ
 
(1.7)
L: ðộ dài sọt dẫn quang.
n
τ
: Sự trễ nhóm ñối với một ñơn vị ñộ dài.
s
λ
:Bước sóng trung tâm.

HVTH: Nguyễn Thành Vinh
11
( )
2
M
j j
2
1,2
2 2
j 1
j
B
n 1
=
ω
ω = +
ω − ω
∑
(1.9)
j
ω
: tần số cộng hưởng Bj: Cường ñộ dao ñộng

Hình 1. 4. Chỉ số chiết suất và chỉ số nhóm
Các tham sổ Bj,
j
ω
thu ñược từ kinh nghiệm thông qua việc ñiền các ñường cong
tán sắc ño ñược vào biểu thức trên với M=3. Chúng phụ thuộc vào hàm lượng các chất
kích tạp và ñược xếp thành vài loại sợi

(
)
ZD
λ
vì ở bước sóng ñó D
M
= 0. Tham số tán sắc D
M
có
giá trị âm tại bước sóng dưới
ZD
λ
và có giá trị dương tại bước sóng ở trên
ZD
λ
.
ZD
λ
=1,276
m
µ
chỉ là ñối với sợi thủy tinh thuần khiết. Giá trị này có thể thay ñổi
trong dải từ 1,27 - 1,29
m
µ
ñối với các sợi quang có lõi và vỏ ñược pha tạp ñể thay
ñổi chỉ số chiết suất. Bước sóng có tán sắc bằng không cũng phụ thuộc vào bán kính
lõi a và bậc chỉ số
∆
thông qua phần dẫn sóng cho tán sắc tổng.

= − +
 
λ ω ω
 
 
(1.11)
n
2g
: Chỉ số nhóm của vật liệu vỏ sợi
b: Hằng số lan truyền chuẩn
Hình 1.5 chỉ ra d(Vb)dV và Vd
2
(Vb)dv
2
thay ñổi theo V. Do cả hai ñạo hàm là dương
nên D
w
là âm trong toàn bộ vùng bước sóng
0 1,6 m
÷ µ
.
ðiều này khác nhiều so với tán sắc
vật liệu DM có cả giá trị tương ứng với bước sóng ở thấp hơn hay cao hơn
ZD
λ
.

Hình
1.6.
Các loại tán sắc cho sợi ñơn mode.

µ
nơi rất
hấp dẫn cho các hệ thống thông tin quang. Giá trị tiêu biểu của tham số tán sắc D nằm
trong dải 15
÷
20ps/km.nm ở gần bước sóng 1,55
m
µ
.
Vùng bước sóng này ñang ñược
quan tâm rất nhiều vì có suy hao sợi nhỏ nhất. Khi giá trị tán sắc D cao sẽ làm hạn chế
ñặc tính của các hệ thống thông tin quang hoạt ñộng ở vùng bước sóng 1550nm.
1.3.3. Tán sắc vận tốc nhóm
Vận tốc nhóm kết hợp với mode cơ bản là một ñặc trưng phụ thuộc tần số. Vì vậy
mà các thành phần phổ khác nhau của xung sẽ lan truyền với các vận tốc nhóm hơi
khác nhau, hiện tượng này ñược gọi là tán sắc vận tốc nhóm GVD(Group-Velocity
Dispersion), tán sắc bên trong mode.
Xét một sợi quang ñơn mode có ñộ dài L. Nguồn phát có thành phần phổ ñặc
trưng tại tần số
ω
sẽ ñi từ ñầu vào tới ñầu ra của sợi sau một thời gian trễ T = L/v
g
với
v
g
là vận tốc nhóm ñược xác ñịnh:
1
g
d
v

sợi có ñộ dài L ñược viết như sau:
2
2
2
g
dT d L d
T L L
d d v d
 
β
∆ = ∆ω = ∆ω = ∆ω = β ∆ω
 
 
ω ω ω
 
(1.14)
∆ω
: ñộ rộng xung
2
2
d
β =
2
/ d
β ω
: tham số tán sắc vận tốc nhóm. Tham số này xác ñịnh xung
quanh có thể bị dãn là bao nhiêu khi truyền trong sợi quang.
Luận văn cao học
Hệ thống truyền dẫn quang tốc ñộ cao


w
(l.16)
D
M
: tán sắc Vật Vật liệu D
w
: tán sắc dẫn sóng
Trong thực tế hai cơ chế này có mối quan hệ phức tạp vì các ñặc tính tán sắc của
chỉ số khúc xạ cũng ảnh hưởng gây hiệu ứng tán sắc ống dẫn sóng
.
Tuy vậy một cuộc
khảo sát về sự phụ thuộc lẫn nhau giữa tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sóng ñã cho thấy
rằng nếu một giá trị rất chính xác không ñạt ñược thì có thể tính ñược tổng tán sắc nội
phần tử bằng cách tính hiệu ứng sự méo tín hiệu phát sinh do một loại tán sắc khi
không có loại tán sắc khác và sau ñó cộng các kết quả này với nhau.
1.3.4. Tán sắc bậc cao
Theo phân tích ở trên thì có thể thấy rằng tích BL của sợi quang ñơn mode có thể
tăng vô hạn khi hệ thống hoạt ñộng tại bước sóng có tán sắc bằng không
ZD
λ
Tuy
nhiên các hiệu ứng phân tán vẫn không hoàn toàn mất ñi tại
ZD
λ = λ
các Xung quang
vẫn phải chịu sự dãn do các hiệu ứng phân tán bậc cao hơn. ðặc trưng này có thể hiểu
rằng tán sắc D không ñạt ñược giá trị bằng không tại tất cả các bước sóng ñược chứa
ñựng trong phổ có tâm tại
ZD
λ

3 2
d, / d d , / d
β = β ω = β ω
. Tại
ZD 2
, 0
λ = λ β =
và S tỉ lệ với
3
β
. ðối với
nguồn phát có ñộ rộng phố nhỏ, giá trị hiệu dụng của tham số tán sắc trở thành
D=S
∆λ
tích BL có thể ñược xác ñịnh bằng biểu thức:
(
)
BL S 1
∆λ <

1.3.5.Tán sắc phân cực mode
Tán sắc phân cực mode là hệ số cần ñược quan tâm ở hệ thống truyền dẫn ñường
dài tốc ñộ 40Gb/s. Tán sắc phân cực mode PMD(Polarization-mode dispersion) là một
ñặc tính cơ bản của sợi quang và các thành phần sợi quang ñơn mode trong ñó năng
lượng tín hiệu tại bước sóng ñã cho ñược chuyên vào hai mode phân cực trực giao có
vận tốc lan truyền hơi khác nhau. Tán sắc phân cực mode sẽ gây ra sự xuống cấp ñặc
tính dung lượng một cách nghiêm trọng.
Khi sợi quang ñối xứng tròn và có một vài thay ñổi có tính ñối xứng trong khi
chế tạo sợi quang ở mức ñộ nhỏ. ðiều này gây ra kết quả là trạng thái truyền lan của
tín hiệu quang sẽ bị kích thích khi nó lan truyền dọc theo sợi và sự chênh lệch về trễ