ChuyêN ĐỀ ĐIỀu khiển tán sắC



tải về 1.02 Mb.
trang1/6
Chuyển đổi dữ liệu07.07.2016
Kích1.02 Mb.
  1   2   3   4   5   6

ĐỒ ÁN MÔN HỌC


THÔNG TIN QUANG NÂNG CAO

NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG




CHUYÊN ĐỀ

ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................................ 2


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................................ 3
ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC...................................................................................................... 6
1. CẦN THIẾT PHẢI ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC .......................................................... 6
2. MÔ HÌNH BÙ TRƯỚC (PRECOMPENSATION)................................................... 9
2.1 Kỹ thuật Prechirp ................................................................................................ 9
2.2 Kỹ thuật mã hóa Novel: .................................................................................... 12
2.3 Kỹ thuật Prechirp phi tuyến: ............................................................................. 14
3. KỸ THUẬT BÙ SAU .............................................................................................. 16
4. SỢI QUANG BÙ TÁN SẮC ................................................................................... 17
5. BỘ LỌC QUANG.................................................................................................... 19
6. CÁCH TỬ SỢI QUANG BRAGG (Fiber Bragg Gratings).................................... 22
6.1 Chu kỳ cách tử đồng nhất (Uniform-Period Gratings) ..................................... 23
6.2 Chirped Fiber Gratings: (Cách tử sợi quang Chirped)..................................... 26
6.3 Bộ ghép mode Chirped (chirped mode couplers) ............................................ 29
7. LIÊN HỢP PHA QUANG OPC .............................................................................. 30
7.1 Nguyên lý hoạt động:........................................................................................ 30
7.2 Bù tán sắc bằng tự điều chế pha (Compensation of Self-Phase Modulation ).. 31
7.3 Tín hiệu liên hợp pha (Phase-conjugated Signal): ............................................ 33
8. HỆ THỐNG QUANG ĐƯỜNG DÀI: ..................................................................... 37
8.1 Lý thuyết cơ sở: ................................................................................................ 39
8.2 Hiệu ứng tương tác phi tuyến đồng kênh (Intrachannel Nonlinear Effects):.... 41
9. HỆ THỐNG QUANG DUNG LƯỢNG CAO......................................................... 43
9.1 Bù tán sắc băng rộng : ...................................................................................... 43
9.2 Bù tán sắc điều khiển được (Tunable Dispersion Compensation).................... 46




9.3 Điều khiển tán sắc bằng thành phần tán sắc bậc cao : ...................................... 48


9.4 Bù tán sắc phân cực mode PMD....................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 54
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Đồ thị quan hệ tốc độ truyền theo chiều dài sợi quang tương ứng với bề rộng phổ của nguồn đi-ốt phát quang bằng 0, 1 và 5 nm .............................................................. 7
Hình 2.1: Đồ thị mô tả độ giãn rộng xung theo khoảng cách truyền với xung đầu vào là xung chirp Gauss trong trường hợp β2>0 ........................................................................... 10
Hình 2.2: Mô hình kỹ thuật prechirp dùng để bù tán sắc ................................................... 11
Hình 2.3: Bù tán sắc sử dụng mã hóa FSK ........................................................................ 12
Hình 2.4: Đồ thị cường độ sáng theo thời gian tín hiệu 16 Gbps khoảng cách truyền 70km
sử dụng sợi quang tiêu chuẩn có và không có sử dụng kỹ thuật nén tán sắc ...................... 14
Hình 2.5: đồ thị quan hệ giữa khoảng cách truyền bị giới hạn do tán sắc GVD và mức công suất truyền trung bình................................................................................................. 15
Hình 4.1: Mô hình sợi DCF hai mode sử dụng cách tử chu kỳ dài.................................... 19
Hình 5.1: Mô hình kết hợp giữa bộ lọc quang và khuyếch đại quang. .............................. 20
Hình 5.2 : Mô hình bộ lọc quang sử dụng giao thoa Mach-Zehnder. ............................... 21


Hình 6.1 : Độ lớn(a) và pha(b) của hệ số phản xạ cách tử sợi quang đồng nhất với

k Lg



=2 và k Lg =3 ....................................................................................................................... 23





2
Hình 6.2: Tán sắc vận tốc nhóm GVD . Mô tả hàm g

theo thông số δ tương ứng với



các giá trị của hệ số k trong khoảng 1-10 .......................................................................... 24
Hình 6.3: Tín hiệu phát (đường liền nét) và trễ( đường chấm) , hàm của bước sóng cho cách tử đồng nhất k(z) thay đổi từ 0-6 cm 1 trên chiều dài cách tử 11cm ...................... 25
Hình 6.4 Cách tử quang Chirped dùng bù tán sắc a/ chiết suất n(z) theo chiều dài cách tử
b/ hệ số phản xạ ở tần số thấp và cao tại những vùng khác nhau trong cách tử ................. 27
Hình 6.5: Hệ số phản xạ và thời gian trễ trong cách tử quang Chirped tuyến tính ........... 27

với băng thông 0.12nm ....................................................................................................... 27


Hình 6.6: Sơ đồ bù tán sắc bằng cách dùng 2 bộ lọc phát fiber –base transmission filter . 29
Hình 7.1: Thí nghiệm bù tán sắc trong đảo khoảng giữa phổ trên 21 km chiều dài sợi quang ................................................................................................................................... 34
Hình 8.1: Vòng lặp quang dùng để phát tín hiệu ở tốc độ 10 Gb/s trên khoảng cách
10.000 km sợi quang chuẩn sử dụng SCF........................................................................... 37
Hình 9.1 : Mô hình ghép tầng cách tử để bù tán sắc trong hệ thống WDM ...................... 44
Hình 9.2 : Phổ phản xạ và đồ thị tán sắc theo điện áp đốt của phương pháp gradient nhiệt
............................................................................................................................................. 47
Hình 9.3 : Dạng xung ngõ ra khi truyền với khoảng cách 300km khi không .................... 49
và có dùng sợi dịch tán sắc ................................................................................................. 49
Hình 9.4: Mô hình bù tán sắc PMD quang và điện ............................................................ 51
Hình 9.5: Bù tán sắc điều chỉnh được sử dụng cách tử quang chirp khúc xạ kép.............. 52
Hình 9.6: Đồ thị quan hệ giữa hệ số mở rộng xung và giá trị DGD trung bình................. 53


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ASE Amplifier Spontaneous Emission Bức xạ tự phát khuếch đại

ADM Add Drop Multiplexer Thiết bị xen rẽ

BER Bit Error Ratio Tỉ lệ lỗi bít

CW Continuous Wave Sóng liên tục

DBR Distributed Bragg Reflector Phản xạ phân bố Bragg

DCF Dispersion-Compensating Fiber Sợi quang bù tán sắc

DDF Dispersion-Decreasing Fiber Sợi quang giảm tán sắc

DGP Differential Group Delay Trễ nhóm

DM Dispersion-managed Quản lý tán sắc

DWDM Dense Wavelength-Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao



EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuyếch đại quang pha trộn Erbium

FM Frequency Modulation Điều chế tần số

FP Fabry–Perot Một loại khoang cộng hưởng

FRASL Fiber Raman Soliton Laser Laser quang Raman Soliton

FWHM

Full-Width at Half-Maximum

Độ rộng tại nửa cực đại

FWM

Four-Wave Mixing

Trộn 4 bước sóng

GVD

Group-Velocity Dispersion

Tán sắc vận tốc nhóm

LED

Light Emitted Diode

Nguồn phát dạng LED

MZ

Mach–Zehnder

Một loại bộ lọc

NTE

Network Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối mạng

NLS

Nonlinear Schr¨odinger

Schrodinger phi tuyến

NOLM Nonlinear Optical-Loop Mirror Gương quang vòng phi tuyến

NRZ Nonreturn to Zero Mã NRZ

NSE Nonlinear Schr¨odinger Equation Phương trình Schrodinger

NSDSF Nonzero-Dispersion-Shifted Fiber Sợi quang dịch tán sắc

OA Optical Amplifier Khuếch đại quang

OAT Optically amplified transmitter Bộ phát khuếch đại quang

OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ rẽ bước sóng quang

OBA Optical Booster Amplifier Bộ khuếch đại đệm quang

OAR Optically amplified receiver Bộ thu khuếch đại quang

OC Optical Channel Kênh quang

ODM Optical Demultiplexer Tách bước sóng quang

OF Optical Fiber Sợi quang

OFC Optical Fiber Cable Cáp sợi quang

OM Optical Multiplexer Ghép bước sóng quang

OMUX Optical MUX Bộ ghép kênh quang

OPA Optical Preamplifier Bộ tiền khuếch đại quang OPU Optical Preamplification Unit Khối tiền khuếch đại quang ORX Optical Receiver Bộ thu quang

OSC Optical Transmission Section Kênh giám sát quang

OTX Optical Transmitter Bộ phát quang

PIM Polarization-Interleaved multiplexing Ghép xen kênh phân cực

PMD Polarization-Mode Dispersion Tán sắc phân cực mode

RZ Return to Zero Mã RZ

SAGCM Separate Absorption, Grading, Charge, and Multiplication

Sự hấp thụ, pha trộn, phí tổn và khuếch đại riêng biệt



SNR Signal-To-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn

SPM Self-Phase Modulation Tự điều chế pha

SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ kích thích Raman

SSFS Soliton Self-frequency Shift Dịch tần số Soliton

TOD Third-Order Dispersion Tán sắc bậc 3

TW Traveling Wave Sóng Traveling



WDM Wavelength-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo

bước sóng

WADM Wavelength Division Multiplexing

Access


Mạng sử dụng kỹ thuật đa truy nhập ghép kênh theo bước sóng

XPM Cross-Phase Modulation Điều chế xuyên pha





ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC

Suy hao quang không còn là giới hạn lớn nhất trong các hệ thống thông tin quang, thay vào đó trong các hệ thống thông tin quang hiện đại giới hạn thường gặp nhất là do tán sắc

và các hiệu ứng phi tuyến gây nên. Suy hao quang được giải quyết một cách dễ dàng bằng các bộ khuyếch đại quang tuy nhiên đi kèm với nó lại làm gia tăng tán sắc, trái ngược với các bộ tái tạo (Regenerator) điện tử, một bộ khuyếch đại quang không khôi phục lại tín hiệu được khuyếch đại thành tín hiệu gốc ban đầu. Kết quả là, tán sắc tích lũy qua các bộ khuyếch đại làm giảm khả năng truyền tín hiệu. Chính vì lý do này, đã có nhiều mô hình điều khiển tán sắc được nghiên cứu suốt thập niên 1990 để hạn chế tác động của tán sắc trong các hệ thống thông tin quang. Trong bài báo cáo này sẽ giới thiệu một số kỹ thuật đặc biệt dựa vào lý tính của hiện tượng truyền dẫn quang để cải thiện tán sắc trong thực tế.

Ở mục 1 giải thích sự cần thiết phải điều khiển tán sắc. Mục 2 và 3 dành toàn bộ cho các phương thức được dùng ở đầu phát và đầu thu để điều khiển tán sắc. Ở mục 1.4 đến mục

1.6 giới thiệu phương pháp sử dụng các phần tử quang tán sắc cao trên đường cáp quang.
Kỹ thuật sử dụng tín hiệu quang pha kết hợp hay còn được gọi là kỹ thuật đảo khoảng giữa phổ (midspan spectral inversion) sẽ được giới thiệu ở mục 7. Mục 8 giới thiệu về điều khiển tán sắc trong các hệ thống đường dài. Mục 9 tập trung vào các hệ thống dung lượng cao như các hệ thống băng rộng. Kỹ thuật bù tán sắc phân cực mốt (PMD) cũng sẽ được

đề cập trong mục này.


1. CẦN THIẾT PHẢI ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC
Tán sắc làm giãn bề rộng xung ánh sáng truyền trong sợi quang làm giới hạn hoạt động của hệ thống truyền dẫn quang. Như ta đã biết hiệu ứng tán sắc vận tốc nhóm (GVD) có

thể được tối thiểu hóa bằng la-de có độ rộng phổ hẹp (xem hình 1.1 quan hệ giữa tốc độ truyền theo chiều dài sợi quang tương ứng với bề rộng phổ của nguồn đi-ốt phát quang bằng 0, 1 nm và 5 nm) và không bị tán sắc ở bước sóng tán sắc không λZD . Tuy nhiên, trong thực tế, hệ thống truyền dẫn quang thường hoạt động ở bước sóng λ khác với bước sóng tán sắc không λZD . Một ví dụ trong thực tế là hệ thống thông tin quang trên bộ hoạt



động ở bước sóng 1,55 µm sử dụng la-de phát DFB, các hệ thống này sử dụng cáp sợi

quang đơn mốt “tiêu chuẩn” vi bưc sóng tán sắc không λZD 1,31 µm hệ thống này
được xây dựng trong suốt thập niên 1980 ở Hoa Kỳ và có chiều dài khoảng 50 triệu km.

Do có tán sắc tại vùng bước sóng 1,55 µm, nên tán sắc GVD hạn chế hoạt động của hệ thống ở tốc độ 2Gbps.




Hình 1.1: Đồ thị quan hệ tốc độ truyền theo chiều dài sợi quang tương ứng với bề rộng phổ của nguồn đi-ốt phát quang bằng 0, 1 và 5 nm

Đối với la-de phát DFB điều chế trực tiếp, chúng ta có thể sử dụng phương trình 1.1 để ước lượng khoảng cách truyền tối đa






(0.1)

Với s là giá trị căn trung bình bình phương (RMS) bề rộng của phổ xung bị mở rộng do

tần số chirp (sự thay đổi tần số theo thời gian). Hế thống có hệ số tán sắc D=16 ps/(km-

nm) và s = 0,15nm hoạt động ở tốc độ B = 2,5 Gbps theo công thức 1.1 ta có thể tính ra được L= 42 km. Vì thế, đối với các hệ thống sử dụng thiết bị tái tạo tín hiệu bằng điện tử, khoảng cách giữa các bộ tái tạo tín hiệu vào khoảng 40km. Hơn nữa việc sử dụng các bộ

tái tạo tín hiệu làm hạn chế khả năng tăng tốc độ truyền dẫn của hệ thống, bởi nếu muốn tăng tốc độ truyền phải thu nhỏ khoảng cách giữa các bộ tái tạo tín hiệu dẫn đến chi phí đầu tư sẽ tăng cao.




Hoạt động của hệ thống có thể được cải thiện đáng kể bằng việc sử dụng một bộ điều chế

ngoài để tránh được việc mở rộng phổ do tần số chirp. Lựa chọn này đã được ứng dụng vào thực tế bằng các bộ phát sử dụng la-de DFB với bộ điều chế ngoài tích hợp. Trong

trường hợp s =0, khoảng cách truyền giới hạn theo công thức




(0.2)



Với β2 h số tán sắc vận tốc nhóm GVD. Nếu ta sử dụng giá tr thông dụng của hệ số

tán sắc vận tốc nhóm GVD β2= -20ps2/km ở bước sóng 1,55 µm, áp dụng công thức 1.2 ta tính được khoảng cách truyền L<500 km ở tốc độ 2,5 Gbps. Ta thấy việc sử dụng la-de DFB cải thiện rất nhiều khoảng cách truyền của hệ thống, tuy nhiên khoảng cách do giới hạn tán sắc này vẫn chưa tương ứng với khoảng cách các bộ khuyếch đại trên đường dây

(in-line) thường được dùng để bù suy hao. Hơn nữa, nếu tăng tốc độ truyền dữ liệu lên 10
Gbps, tán sắc vận tốc nhóm GVD sẽ làm giới hạn khoảng cách truyền xuống còn 30 km. Dựa vào biểu thức 1.2 mô tả mối quan hệ giữa giới hạn khoảng cách truyền và tán sắc vận

tốc nhóm GVD ở sợi đơn mốt tiêu chuẩn, ta có thể dễ dàng tính ra được giới hạn khoảng cách của hệ thống hoạt động ở bước sóng 1,55 µm tốc độ 10 Gbps hoặc cao hơn.


Nhiều mô hình điều khiển tán sắc được nghiên cứu để tìm cách để giải quyết vấn đề thực tiễn về khoảng cách truyền nêu trên. Ý tưởng cơ bản của tất cả các mô hình được xây

dựng dựa trên phương trình truyền xung




(0.3)

Với A là biên độ hình bao của xung, tác động của thành phần tác sắc khác tán sắc vận tốc



nhóm GVD được mô tả qua thông số β3. Trong thực tế giá trị

t2 tng đưc giới hạn



không quá 0,1 ps2/km. Phương trình 1.3 đưc gii ra trong trưng hợp β3=0 là





Hàm

A(0, t ) là biến đổi Fourier của A(0,t)

(0.4)

Tán sắc làm ảnh hưởng đến tín hiệu quang truyền đi trong hệ thống nguyên nhân gây ra là



do phần tử pha exp (i2
z2 / 2) , xuất hiện trong quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang.

Tất cả các mô hình điều khiển tán sắc đều tìm cách triệt tiêu phần tử pha này để tín hiệu
ngõ vào có thể khôi phục được ở đầu thu.





2. MÔ HÌNH BÙ TRƯỚC (PRECOMPENSATION)
Ý tưởng thực hiện phương pháp này là thực hiện điều khiển tán sắc bằng cách điều chỉnh các đặc tính của các xung ngõ vào ở bộ phát trước khi truyền đi trong sợi quang. Ý tưởng

này được thực hiện dựa vào phương trình 1.4. Phương trình này sẽ chỉ còn thành phần


biên độ phổ biến thiên
A(0, t )
trong trường hợp tán sắc GVD được loại bỏ. Rõ ràng, để

thực hiện điều này biên độ phổ ở đầu phát phải được bù thêm một thành phần theo biểu thức 2.1 để triệt tiêu tác động do GVD gây nên:




(1.1)

Với L là chiều dài sợi quang, GVD sẽ được bù một cách chính xác và xung vẫn sẽ giữ


được hình dạng của nó ở đầu ra của sợi quang. Tuy nhiên, không dễ dàng giải quyết vấn
đề này bằng việc thay đổi biên độ phổ đầu phát theo như biểu thức 2.1 trong thực tế. Một cách đơn giản hơn, người ta sử dụng hiệu ứng chirp ở xung ngõ vào làm tối thiểu hóa tác động giãn rộng xung của tán sắc GVD. Do tần số chirp được đưa vào bộ phát trước khi truyền xung, nên kỹ thuật này được gọi là kỹ Prechirp.
2.1 K thuật Prechirp
Cách đơn giản để hiểu được nguyên tắc hoạt động của kỹ thuật Prechirp là dựa vào lý

thuyết truyền xung chirp Gauss trong sơi quang. Biên độ ở ngõ vào dưới tác động của hiệu ứng chirp được biểu diễn bằng công thức 2.2






(1.2)


Với C h số chirp, da vào hình 2.1 ta thấy rằng với giá trị C mà β2C<0 thì xung ngõ
vào sẽ bị nén lại khi truyền đi trong sợi quang. Vì thế với xung chirp thích hợp ta có thể truyền được với khoảng cách dài hơn trước khi xung truyền bị giãn rộng đến mức không còn thu được nữa. Ta sẽ thử đánh giá sự cải thiện này với độ giãn rộng xung cho phép là

2 nghĩa là chu kì xung thu được chia cho chu kì xung ban đầu T1/T0= 2 , khoảng cách


truyền sẽ được xác định theo công thức:
C  1 C 2

L L

1  C 2 D

(1.3)


Với L
T 2 /
là chiều dài tán sắc, trong trường hợp không sử dụng xung chirp Gauss


D o 2

C=0 khi đó L=LD. Tuy nhiên khoảng cách L sẽ tăng khoảng 36% khi C=1. Chú ý rằng


LD trong trường hợp quá có nhiều giá trị của C. Thực ra, mức độ cải thiện khoảng cách





tối đa của hệ thống là 2 lần khi C=1/ 2 . Do đó kỹ thuật prechirp cần được tối ưu một
cách kỹ lưỡng để có được giá trị C hợp lý nhất. Trong thực tế hình dạng xung chỉ xấp xỉ xung Gauss, nên kỹ thuật prechirp có thể giúp cải thiện được đến 2 lần khoảng cách truyền nếu tối ưu hợp lý. Vào khoảng cuối năm 1986, mô hình Super-Gaussian cho việc truyền

tín hiệu NRZ đã được đưa ra nhằm nâng cải thiện hơn nữa khoảng cách truyền dẫn quang.



Hình 2.1: Đồ thị mô tả độ giãn rộng xung theo khoảng cách truyền với xung đầu vào là xung chirp Gauss trong trường hợp β2>0
Kỹ thuật prechirp được xem xét trong suốt thập niên 1980 sử dụng các la-de điều chế trực tiếp. Xung chirp do các la-de này tạo ra là do sự thay đổi chỉ số cảm ứng sóng mang (carrier-induced index) được mô tả bằng hệ số tăng bề rộng phổ βC. Không may là hệ số chirp C âm (C= - βC) đối với các la-de điều chế trực tiếp. Do hệ số β2 của sợi quang tiêu chuẩn hoạt động ở bước sóng 1,55 µm cũng âm, vì thế điều kiện β2.C<0 không thỏa mãn. Như trong hình 2.1 ta thấy khi hiện tượng chirp xuất hiện trong quá trình điều chế trực tiếp

mà β2.C>0 sẽ làm tăng thêm độ giãn xung do GVD gây ra, vì thế làm giảm khoảng cách truyền. Vì thế đã có một số mô hình được đưa ra vào thập niên 1980 dựa vào việc tìm hình dạng xung phát khác phù hợp hơn nhằm cải thiện khoảng cách truyền .


Trong trường hợp sử dụng bộ điều chế ngoài, các xung quang gần như không bị hiện tượng chirp, vì thế để tạo ra tín hiệu chirp người ta sử dụng các bộ điều tần FM. Kỹ thuật prechirp trong trường hợp này tạo ra tần số chirp với hệ số chirp C dương nhằm thỏa điều

kiện β2.C<0. Đã có nhiều mô hình được đưa ra nhằm thực hiện điều này, hình 2.2 là một





mô hình cơ bản, tần số của la-de DFB tạo ra đầu tiên được điều tần FM sau đó được đưa


vào bộ điều chế ngoài để điều chế biên độ AM. Kết quả là tín hiệu quang truyền đi được điều chế cả AM và FM. Trên thực tế, sóng mang quang sử dụng trong điều chế FM có thể được thực hiện bằng cách đưa dòng điện nhỏ khoảng 1mA vào la-de DFB.



Hình 2.2: Mô hình kỹ thuật prechirp dùng để bù tán sắc
Ở hình 2.2 khi có tín hiệu FM sử dụng sóng mang quang theo sau đó sẽ tạo ra tín hiêu AM phát ra ngoài, tín hiệu này chứa các xung chirp. Một số các chirp được hạn chế như sau. Giả rằng hình dạng xung là Gauss, tín hiệu quang có thể được viết


E(0, t)  A0 exp(t

0
2 / T 2 ) exp
i0 (1 sin mt)t
(1.4)

Với tần số 0 của xung được điều chế hình sin tại tần số m với độ quá điều chế là δ. Ở

gần trung tâm của xung sin(mt) mt khi đó phương trình 2.4 sẽ trở thành


1 iC t

E(0, t )  A exp 


2

exp(it)



(1.5)

0 0

2 T0
Hệ số chirp C là:



m 0 0
C  2  T 2

(1.6)



Ta thấy rằng hệ số chirp có thể điểu khiển được bằng các thông số điều tần FM là δ và ωm.
Điều chế pha của sóng mang quang cũng làm cho chirp dương, phương trình 2.4 có thể được viết lại thành:



2 2

E(0, t) A0 exp(t

/ T0 ) exp

i0t i cos(mt)

(1.7)



Do sử dụng cosx1-x2/2. Ưu điểm của kỹ thuật điều pha là bản thân b điều chế ngoài
thế tự điều chỉnh pha của nó. Phương pháp đơn giản nhất để thực hiện là sử dụng bộ điều chế ngoài có chiết suất điều chỉnh được bằng điện tử, bằng cách này sẽ tạo ra tần số chirp với C>0. Vào cuối những năm 1991 tín hiệu 5 Gbps đã truyền đi được 256 km khi sử dụng

bộ điều chế LiNbO3 cho giá trị C trong khoảng 0,6 đến 0,8. Các giá trị thực nghiệm này tương ứng với phương trình 2.3 của lý thuyết truyền xung Gauss. Những dạng khác của các bộ điều chế bán dẫn như bộ điều chế hấp thụ điện (Electroabsorption Modulator) hoặc

bộ điều chế Mach-Zehnder (MZ) cũng tạo ra các xung quang có hệ số chirp C>0, vì thế cải thiện được khả năng truyền dẫn tín hiệu quang do hạn chế được tác động của tán sắc. Với

sự phát triển của các la-de DFB chứa các phần tử Li đơn (monoLithically) tích hợp trong các bộ điều chế hấp thụ điện (Electroabsorption Modulator) đã tiếp tục làm cải thiện rất nhiều kỹ thuật Prechirp trong thực tế. Vào năm 1996 tín hiệu NRZ 10Gbps đã truyền đi được khoảng 100km sử dụng sợi quang tiêu chuẩn với những bộ điều chế ngoài này làm

bộ phát.

2.2 K thuật mã hóa Novel:


Hình 2.3: Bù tán sắc sử dụng mã hóa FSK
Sử dụng kết hợp điều chế AM và FM cho tín hiệu quang không phải là phương pháp duy nhất để bù tán sắc. Một phương thức khác được sử dụng để bù tán sắc là sử dụng điều chế khóa dịch tần FSK để truyền dẫn tín hiệu. Tín hiệu FSK được tạo ra bằng cách chuyển đổi

bước sóng của la-de bằng một khoảng ∆λ giữa các bit 0 và bit 1 trong khi công suất phát


không đổi. Trong suốt quá trình truyền dọc theo sợi quang, hai bước sóng này truyền đi



với tốc độ khác nhau. Khoảng thời gian trễ giữa bit 0 và bit 1 được xác định dựa trên

khoảng bước sóng dịch ∆λ và bằng T DL . Độ dịch bước sóng ∆λ được chọn sao cho T  1/ B . Hình 2.3 chỉ làm thế nào một bit bị trễ tạo ra được ba mức tín hiệu quang

tại bộ thu. Xét về mặt bản chất, do tán sắc trong sợi quang, tín hiệu FSK bị chuyển thành


tín hiệu bị điều chế cả biên độ. Tín hiệu được giải mã tại đầu thu bằng cách sử dụng bộ
tích phân điện kết hợp với mạch quyết định.
Nhiều thực nghiệm đã được thực hiện để đánh giá kỹ thuật bù tán sắc nêu trên. Tất cả các

thử nghiệm này nhằm đến việc tăng khoảng cách truyền ở bước sóng 1,55µm tốc độ 10


Gbps hoặc cao hơn sử dụng sợi quang tiêu chuẩn. Vào năm 1994, việc truyền tín hiệu 10
Gbps qua một khoảng cách 253km sử dụng sợi quang tiêu chuẩn đã thực hiện được. Cho đến năm 1998, trên sợi quang tiêu chuẩn người ta đã truyền đi được tín hiệu 40 Gbps với khoảng cách truyền là 86km. Rõ ràng so sánh với mục trước, khoảng cách truyền đã được

cải thiện đáng kể hơn nhiều khi sử dụng kỹ thuật FSK.


Một cách khác để tăng khoảng cách truyền dựa vào việc truyền tín hiệu quang có băng thông nhỏ hơn tốc độ truyền chẳng hạn như kỹ thuật sử dụng mã tắt mở (On-Off). Một mô hình để thực hiện việc tạo ra tín hiệu quang có băng thông nhỏ hơn tốc độ truyền là sử dụng mã hóa nhị phân kép (duobinary coding), kỹ thuật này có thể làm giảm băng thông đến 50%. Mô hình đơn giản nhất để tạo mã nhị phân kép là sử dụng hai bit liên tiếp trong chuỗi bit cộng lại với nhau, kết quả là tạo ra được mã nhị phân kép ba mức bán tốc. Do tác động của GVD phụ thuộc vào băng thông tín hiệu, nên khoảng cách truyền cũng có thể được cái thiện do giảm băng thông. Điều này đã được chứng tỏ trong thực nghiệm.
Thực nghiệm vào năm 1994 đã so sánh hai mô hình nhị phân và nhị phân kép, một tín hiệu
10 Gbps có thể truyền được ở khoảng cách 30 đến 40 km bằng cách thay thế mã nhị phân thông thường bằng mã nhị phân kép. Kỹ thuật sử dụng mã nhị phân kép có thể kết hợp với kỹ thuật Prechirp. Tín hiệu 10 Gbps đã truyền đi được 160km trên sợi quang tiêu chuẩn khi kết hợp mã nhị phân kép với một bộ điều chế ngoài tạo tần số chirp có C>0. Trong thực tế, xuất hiện hiện tượng đảo pha khi tín hiệu nhị phân kép được tạo ra, hiện tượng này giúp cải thiện hoạt động của hệ thống khi sử dụng mã nhị phân kép. Một mô hình điều khiển tán sắc mới được gọi là mô hình tạo dạng pha nhị phân (phase-shaped binary), để tận dụng những ưu điểm của hiện tượng đảo pha. Sử dụng phương thức truyền

nhị phân kép yêu cầu phải tăng tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N và phải có bộ giải mã ở đầu thu. Mặc dù có những hạn chế như thế nhưng lợi ích do nó đem lại góp phần cải thiện



đáng kể hoạt động cho các hệ thống ở tốc độ 10Gbps và cao hơn.





2.3 K thuật Prechirp phi tuyến:
Một kỹ thuật bù tán khác được gọi là kỹ thuật prechirp phi tuyến được đưa ra vào năm
1989 bằng cách khuyếch đại ở ngõ ra bộ phát bằng bộ khuyếch đại bán dẫn quang SOA hoạt động ở chế độ có độ lợi bão hòa. Ở chế độ có độ lợi bão hòa xảy ra các biến đổi phụ thuộc thời gian của mật độ sóng mang, do đó xuất hiện hiệu ứng chirp bên cạnh việc khuyếch đại xung truyền. Hiệu ứng chirp phụ thuộc vào dạng xung ngõ vào, và gần như là tuyến tính với hầu hết các xung. SOA không những khuyếch đại đơn thuần xung truyền

mà còn làm cho chirp có thông số C>0. Do xuất hiện hiệu ứng chirp này, xung ngõ vào có

thể bị nén lại trong sợi quang có β2<0. Hiện tượng nén xung này đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm với các xung 40ps kết quả là các xung này bị nén lại còn 23ps khi truyền đi

18km trong sợi quang tiêu chuẩn.



Hình 2.4: Đồ thị cường độ sáng theo thời gian tín hiệu 16 Gbps khoảng cách truyền 70km

sử dụng sợi quang tiêu chuẩn có và không có sử dụng kỹ thuật chirp SOA
Khả năng nén tán sắc của kỹ thuật này được thực nghiệm vào năm 1989 bằng việc truyền
tín hiệu 16 Gbps sử dụng la-de bán dẫn chế độ khóa lỗ ngoài (mode-locked external-cavity semiconductor laser) ở khoảng cách truyền 70km. Hình 2.4 so sánh đồ thị cường độ sáng của tín hiệu theo thời gian của tín hiệu ánh sáng có sử dụng và không sử dụng kỹ thuật nén

tán sắc. Từ phương trình 1.2, khi không xét đến ảnh hưởng của chirp khoảng cách truyền


tín hiệu 16Gbps bị giới hạn bởi GVD vào khoảng 14km với sợi quang có D=15ps/(km- nm). Sử dụng bộ khếch đại ở vùng có độ lợi bão hòa làm tăng khoảng cách truyền gấp năm lần, chính vì ưu điểm này đã làm cho kỹ thuật bù tán sắc này được quan tâm rất nhiều. Ngoài ra kỹ thuật này cũng bù suy hao ghép và suy hao chèn ở bộ phát bằng cách

khuyếch đại tín hiệu trước khi đưa nó vào sợi quang. Vì thế, kỹ thuật sử dụng la-de SOA



như một phần tử khuyếch đại đường dây có thể dùng để bù đồng thời suy hao sợi quang và


tán sắc GVD.
Ở môi trường phi tuyến cũng có thể sử dụng kỹ thuật prechirp cho các xung truyền. Ở môi trường có chiết suất phụ thuộc cường độ quang (Intensity-dependent refractive index) sẽ gây ra hiệu ứng chirp cho các xung quang thông qua hiện tượng tự điều pha SPM. Do đó một kỹ thuật prechirp phi tuyến đơn giản dựa trên hiện tượng này là sử dụng ở ngõ ra bộ phát một sợi quang có chiết suất phụ thuộc cường độ quang với chiều dài phù hợp trước

khi đưa tín hiệu quang đó vào tuyến quang cần truyền. Tín hiệu quang ở sợi quang thêm


vào là:


A(0, t ) 

P(t ) exp i Lm P(t )

(1.8)



Với P(t) công suất của xung, Lm chiều dài của môi trường phi tuyến γ hệ số phi


0 0


tuyến. Trong trường hợp các xung Gauss có công thức P(t)  P exp(t 2 / T 2 ) , hiệu ứng chirp khi đó gần như là tuyến tính, khi đó phương trình 2.8 sẽ xấp xỉ bằng



A(0, t ) 
1 iC t



P exp 
2

exp(iL P )

(1.9)

0 m 0

2 T0
Với thông số chirp C=2γLmP0 , thống số phi tuyến γ>0 thì thông s chirp C sẽ dương
thế có thể thực hiện được việc bù tán sắc.

Hình 2.5: đồ thị quan hệ giữa khoảng cách truyền bị giới hạn do tán sắc GVD và mức công suất truyền trung bình



Do γ>0 đối với các sợi quang silica, vì thế bản thân sợi quang có thể được dùng để gây ra


hiệu ứng chirp lên xung. Ý tưởng này được đưa ra vào năm 1986. Bằng việc sử dụng các soliton thứ tự cao đi qua tầng nén đầu đã đem lại nhiều cải thiện đáng kể. Hình 2.5 đồ thị quan hệ giữa khoảng cách truyền bị giới hạn do tán sắc GVD và mức công suất truyền trung bình ở hệ thống 4 và 8 Gbps. Đồ thị này chỉ ra rằng hoàn toàn có thể tăng gấp đôi khoảng cách truyền bằng cách tối ưu lại mức công suất trung bình của tín hiệu ngõ vào ở mức khoảng 3 mW.
  1   2   3   4   5   6


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2016
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương