CÔNG NGHỆ GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG
Do hệ thống truyền dẫn thông tin quang có nhiều ưu điểm trội hơn hẳn các hình thức
thông tin khác như: băng thông rộng, tốc độ cao, không chịu ảnh hưởng của sóng điện
từ…nên thông tin quang đang giữ vai trò chính trong việc truyền tín hiệu ở các tuyến
đường trục và các tuyến xuyên lục địa, vượt đại dương…Công nghệ hiện nay đã tạo đà
cho thông tin quang phát triển theo xu hướng hiện đại và kinh tế nhất trong mạng viễn
thông. Vì vậy, các hệ thống truyền dẫn thông tin quang sẽ dần thay thế các hệ thống thông
tin theo phương pháp truyền thống.
Ngày nay, với sự xuất hiện của các hệ thống truyền dẫn thông tin quang ghép kênh
theo bước sóng (WDM) thì dung lượng, tốc độ, băng thông…của hệ thống ngày càng nâng
cao. DWDM (ghép kênh theo bước sóng mật độ cao) là bước phát triển tiếp theo của
WDM. Nguyên lý của nó tương tự như WDM chỉ khác là khoảng cách giữa các kênh bước
sóng gần hơn, tức là số kênh ghép được nhiều hơn. Thông thường khoảng cách kênh ghép
là 0.4 nm (50GHz). Hiện nay người ta dùng WDM với nghĩa rộng bao hàm cả DWDM.
Trong chương này sẽ trình bày về công nghệ ghép kênh theo bước sóng.
2.1. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM
Hiện nay, kỹ thuật thông tin quang đã được ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, trong thời
gian gần đây cùng với sự phát triển của Internet do máy tính cá nhân phổ cập, sự xuất hiện
của dịch vụ đa phương tiện và cuộc cách mạng thông tin di động, thông tin cá nhân…dẫn
đến sự bùng nổ thông tin. Với các hệ thống cáp quang đã được lắp đặt từ trước thì nguồn
tài nguyên dường như đã cạn kiệt. Yêu cầu đặt ra là phải có các giải pháp để khắc phục
hiện tượng này. Nếu phải lắp thêm các đường cáp quang mới thì chi phí sẽ rất cao. Mặt
khác, sự ra đời của các loại nguồn quang laser bán dẫn có phổ hẹp cho phép phổ của tia
sáng là rất nhỏ so với băng thông của sợi quang. Về mặt lý thuyết, có thể làm tăng dung
lượng truyền dẫn của hệ thống bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng
một sợi nếu các nguồn phát có phổ cách nhau hợp lý và ở đầu thu có thể thu được tín hiệu
quang riêng biệt khi sử dụng các bộ tách bước sóng. Và đây chính là cơ sở của kỹ thuật
ghép kênh theo bước sóng WDM.
Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM là các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở
đầu phát được ghép kênh và truyền trên cùng một sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu gồm nhiều
bước sóng đến từ sợi quang đó được tách kênh để thực hiện xử lý theo yêu cầu của từng

N
λλλ
trên cùng một sợi quang.
Chúng thường thuộc hai vùng phổ khác nhau và được gọi là băng đỏ và băng xanh.
Hệ thống WDM một hướng được phát triển và ứng dụng tương đối rộng rãi. Hệ
thống WDM hai hướng yêu cầu công nghệ phát triển cao hơn vì khi thiết kế gặp phải nhiều
vấn đề như can nhiễu nhiều kênh (MPI), ảnh hưởng của phản xạ quang, cách ly giữa các
kênh hai chiều, xuyên âm…Nhưng so với hệ thống WDM một hướng, hệ thống WDM hai
hướng giảm được số lượng bộ khuếch đại sợi quang.
2.2. Các đặc điểm của công nghệ WDM
Công nghệ WDM có các đặc điểm cơ bản sau:
▪ Tận dụng tài nguyên dải tần rất rộng của sợi quang.
Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn to lớn của sợi quang,
làm cho dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bước sóng đơn tăng từ vài
lần tới hàng trăm lần. Do đó, có thể giảm chi phí đầu tư.
Dùng công nghệ WDM có thể ghép N bước sóng truyền dẫn trong sợi quang đơn
mode và có thể truyền dẫn hoàn toàn song công. Do vậy, khi truyền dẫn thông tin đường
dài với dung lượng lớn có thể tiết kiệm số lượng lớn sợi quang. Thêm vào đó là khả năng
mở rộng dung lượng cho hệ thống quang đã xây dựng. Chỉ cần hệ thống cũ có độ dư công
suất tương đối lớn thì có thể tăng thêm dung lượng mà không cần thay đổi nhiều đối với hệ
thống cũ.
▪ Có khả năng đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu.
Vì trong công nghệ WDM sử dụng các bước sóng độc lập với nhau nên có thể truyền
dẫn nhiều tín hiệu có đặc tính hoàn toàn khác nhau, thực hiện việc tổng hợp và phân chia
các dịch vụ viễn thông, bao gồm tín hiệu số và tín hiệu tương tự, tín hiệu PDH và tín hiệu
SDH, truyền dẫn tín hiệu đa phương tiện (thoại, số liệu, đồ hoạ, ảnh động…).
▪ Có nhiều ứng dụng.
Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ WDM có thể có rất nhiều ứng dụng như trong mạng
đường trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ…Bởi
thế, nó rất quan trọng trong các ứng dụng mạng.

và l
”
là bội số nguyên lần của
u
λ
, tức
là:
A + B = m
u
λ
(2.1)
thì sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa. Từ hình 2.2 ta thấy B = Asinθ nên (2.1) trở thành:
A(1+ sinθ) = m
u
λ
(2.2)
Trong đó:
+ m: là số nguyên, thông thường m = 1.
+ λ
n
: là bước sóng trong môi trường vật liệu, λ
n
= λ
B
/n.
+ n: là chiết suất vật liệu.
+ λ
B
: là bước sóng trong không gian tự do, còn gọi là bước sóng Bragg.
+ A: là chu kỳ cách tử.

Lớp nền N-InP
Lớp kim loại
tiếp xúc và
toả nhiệt
Đầu ra quang
Màng AR
Lớp hoạt tính
Cách tử
Tín hiệu điện
Lớp kim loại
Hình 2.3: Mặt cắt dọc của laser DFB.
Những tín hiệu nào có bước sóng thoả mãn công thức trên mới được phản xạ mạnh.
Công thức (2.3) gọi là điều kiện phân bố phản hồi.
So với bộ phát quang F-P, DFB có hai ưu điểm sau:
+ Dao động đơn mode dọc dải hẹp: do chu kỳ cách tử A trong bộ phát quang DFB rất
nhỏ nên hình thành khoang cộng hưởng kiểu nhỏ, làm tăng hệ số tăng ích của mode chính
và mode biên, từ đó được dải phổ rất hẹp so với bộ phát quang F-P.
+ Bước sóng có tính ổn định rất cao: vì lưới quang trong DFB giúp cho việc chốt trên
bước sóng cho trước, trôi nhiệt của nó chỉ cỡ 0.8Ǻ/
o
C, tốt hơn nhiều so với F-P.
c) Bộ phát quang DBR
Laser DBR có cấu trúc tương tự laser DFB, chỉ khác là DBR có cấu trúc nhiễu xạ bên
ngoài khoang cộng hưởng. Với cấu trúc như vậy, khoang laser và khoang phản xạ Bragg là
hoàn toàn độc lập. Hình 2.4 thể hiện mặt cắt của laser loại này.
Đầu ra quang
Lớp hoạt tính
Tín hiệu điện
Hình 2.4: Mặt cắt dọc của laser DBR.
Lớp kim loại tiếp xúc và

ống dẫn sóng riêng.
Cách tử
Thấu kính
λ1, λ2

Hình 2.5: Thiết bị phân tán góc.
λ2

λ1

Các thiết bị vi quang sử dụng phù hợp với các hệ thống truyền dẫn đa mode, chúng
cho phép tách ghép đồng thời nhiều bước sóng khác nhau. Nhưng chúng lại khó sử dụng
cho sợi đơn mode do ánh sáng phải qua các giai đoạn phản xạ, hội tụ…từ đó dẫn tới quang
sai, trễ tạo suy hao tín hiệu trong thiết bị.
Thiết bị ghép sợi
Các thiết bị ghép sợi có cấu trúc dựa trên việc ghép hai trường ánh sáng phía ngoài
lõi. Chúng còn được gọi là các coupler quang. Phía phát nó kết hợp các tín hiệu quang vào
từ các tuyến khác nhau thành một tín hiệu quang tại đầu ra truyền trên một sợi. Phía thu,
tách công suất quang của một sợi vào để phân phối cho hai hoặc nhiều sợi. Vì thế, để tách
các bước sóng khác nhau thì sau mỗi một sợi phải có một bộ lọc bước sóng sẽ trình bày ở
mục 2.3.3
Hình 2.6: Thiết bị ghép sợi.
Chùm ánh sáng đầu ra sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: khoảng cách giữa các lõi sợi,
chỉ số chiết suất vật liệu ở giữa, đường kính của lõi sợi, độ dài tương tác và bước sóng ánh
sáng.
Khi số lượng kênh ghép tăng lên thì phải xử lý bằng cấu hình rẽ nhánh tách (ghép)
liên tiếp. Các thiết bị ghép sợi rất phù hợp với các hệ thống truyền dẫn đơn mode. Hình 2.6
là bộ ghép bốn bước sóng sử dụng thiết bị ghép sợi.

Trích đoạn Các phương pháp bù tán sắc

---