Recomendados
Mais conteúdo relacionado
Mais procurados
Mais procurados (19)
Destaque
Destaque (13)
Semelhante a Chapter 2 optical communications20.01
Semelhante a Chapter 2 optical communications20.01 (20)
Último
Último (20)
Chapter 2 optical communications20.01
- 2. Tài liệu tham khảo • Understanding optical communication, IBM redbook, Harry J.R. Dutton • Kỹ thuật thông tin quang, Vũ Văn San 2
- 3. Nội dung § Truyền ánh sáng trên sợi quang § Các loại sợi quang § Các vấn đề trong truyền dẫn ánh sáng: suy hao, tán sắc § Tính toán quỹ đường truyền 3
- 4. Các dải tần số trong truyền tin § Việc tăng dung lượng truyền tin và tốc độ yêu cầu các tần số sóng mang cao § Hệ thống quang § Sử dụng các sợi silica có độ thất thoát cực thấp § Khởi nguồn với một số kết nối, ngày nay trên cả toàn mạng § Băng thông rất lớn § Các bộ lặp đặt cách nhau hàng ngàn km § Thông tin quang về cơ bản ứng dụng trong § ATM (MPLS) § FDDI § Gb-‐Ethernet 1 GHz-> 4 kHz 100 kHz 10 MHz 4
- 5. 5 Phổ điện từ 802.11: 2.4-5 GHz 0.06 – 0.12 meter WDM: 800 – 1600 nano-meter Cách 5 bậc - 105 giữa tần số/bước sóng truyền vô tuyến và quang
- 6. Phần 1. Giới thiệu § Alexander Graham Bell là người đầu tiên nghĩ ra ý tưởng sử dụng các sợi thủy tinh để mang tín hiệu thông tin quang. § Các sợi và thiết bị quang được chế tạo bắt đầu vào những năm đầu 1960 và vẫn phát triển mạnh mẽ đến ngày nay. § Chặng đường phát triển: § Phát minh ra LASER (cuối những năm 50) § Chế tạo ra sợi quang suy haothấp (những năm 70) § Phát minh ra bộ khuếch đại sợi quang ( những năm 80) § Phát minh ra bộ in-‐fibre Bragg grating ( 1990) § Ghép kênh theo bước sóng (WDM -‐ wavelength Division Multiplexing), 1998 6
- 7. Phần 1: Giới thiệu § Sợi cáp quang là gì? § Sợi thủy tinh hay plastic có khả năng dẫn ánh sáng dọc theo trục của nó § Sợi cáp bao gồm 3 lớp: § Lớp lõi ( core) § Lớp áo (cladding) § Lớp vỏ bọc (jacket) 7 n1 n2
- 8. Cấu tạo sợi quang 8
- 9. Dung lượng truyền § Băng thông: § Dải tần sóng rộng 1 nm tại 1550 nm -‐ 133 GHz. § Dải tần sóng rộng 1 nm tại 1310 nm -‐ 177 GHz. § Tổng thể, phạm vi sử dụng được là khoảng 30 Tera Hertz (3 × 1013 Hz). (băng thông số trông đợi 3 × 1013 bits / second) § Tốc độ: § Công nghệ hiện tại giới hạn hệ thống electronic: 10 Gbps § Tốc độ cao hơn đang được thử nghiệm 9
- 10. Ưu điểm § Dung lượng khổng lồ: 1.31 µm hay 1.55 µm cung cấp băng thông 30 THz!! § Thất thoát trên đường truyền thấp § sợi cáp quang 0.2 dB/km, cáp đồng 10 … 300 dB/km ! § Sợi cáp và thiết bị có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn § Máy bay, vệ tinh, tàu bè § Có khả năng miễn nhiễm với nhiễu giao thoa § Cách điện § Môi trường điện nguy hiểm § Crosstalk không đáng kể § Bảo mật tín hiệu § Ngân hàng, mạng máy tính, hệ thống quân sự § Vật liệu thô cho các sợi silica rất dồi dào 10
- 11. Một số hình ảnh về sợi quang Cáp sợi có khả năng truyền thông tin tương đương với cáp đồng ở phía sau trong bức ảnh 11
- 12. Hạn chế § Sợi cáp cần nối với nhau § Sợi cáp bị bẻ cong § Phát triển các chuẩn trong cáp quang chậm § Mối, chuột có thể gặm sợi cáp quang 12
- 13. Cấu trúc sợi § Sợi quang: một dải thủy tinh silic rất mỏng § Cấu trúc: § Lớp lõi và lớp áo § Hai nhân tố quan trọng: § Ánh sáng ít thất thoát khi đi dọc sợi § Sợi quang có thể uốn cong qua các góc mà ánh sáng vẫn có thể ở lại bên trong sợi và được truyền đi quanh các góc 13
- 14. Đặc tính § Đặc tính của sợi thủy tinh § Sợi quang không được làm từ thủy tinh cửa sổ! § Vật liệu của sợi quang là silic nấu chảy nguyên chất § Lớp lõi và áo cần có chiết suất khác nhau § =>thay đổi chiết suất – dễ dàng đối với silic nấu chảy § Chất pha trộn (Dopant): B2O3, P2O5, TiO2, Al2O3 14
- 15. Các loại sợi § Chỉ số nhảy bậc đa mode ( multiple mode, step-‐ index) § Chỉ số biến đổi dần dần đa mode ( multiple mode, graded-‐index) § Chỉ số nhảy bậc đơn mode ( single mode, step index) 15
- 16. Phân loại sợi quang § Sợi quang chiết suất nhảy bậc (step-‐index fiber) § Chiết suất lõi đồng đều, có thay đổi nhảy bậc tại ranh giới với vỏ § Sợi đơn mode § Sợi đa mode § Sợi quang chiết suất biến đổi (graded-‐index fiber) § Chiết suất lõi thay đổi theo hàm của khoảng cách bán kính từ tâm sợi § Sợi đơn mode § Sợi đa mode
- 17. Ưu điểm của sợi đa mode so với sợi đơn mode: • Bán kính lõi lớn: dễ ghép công suất quang vào sợi, dễ kết nối với những sợi tương tự • Ánh sáng ghép vào sợi dùng nguồn LED (rẻ tiền, dễ chế tạo, thời gian sống lâu hơn laser diode) Nhược điểm của sợi đa mode: • Có tán sắc mode: có thể giảm nhỏ bằng cách sử dụng sợi chiết suất biến đổi (graded-‐index fiber)
- 18. Các loại sợi quang § Sợi thủy tinh: § Suy hao thấp nhất, giá thành cao nhất, được sử dụng rộng rãi nhất § Thủy tinh là chất silicon dioxide siêu trong suốt và tinh khiết hay thạch anh nấu chảy. § Lớp lõi và lớp áo đều làm bằng thủy tinh § Tạp chất được pha thêm vào thủy tinh tinh khiết để thu được chiết suất mong muốn § Germani hoặc phốt pho à tăng chiết suất § Nguyên tố Bo hoặc Flo à giảm chiết suất 18
- 19. Các loại sợi quang § Sợi chất dẻo: § Suy hao cao nhất, giá thành thấp nhất § Lớp lõi và áo bằng chất dẻo § Sợi cáp dày, thường là: 480/500, 735/750 and 980/1000. § Lớp lõi thường bao gồm PMMA (polymethylmethacrylate) bọc ngoài bằng fluropolymer. § Phù hợp với cáp nối ngắn § Vấn đề: dễ bốc cháy § Plastic Clad Silica (PCS): § Suy hao và chi phí nằm giữa loại thủy tinh và chất dẻo § Lõi thủy tinh bằng vật liệu silic thủy tinh, áo bằng chất dẻo § Kích thước: lõi 200 microns, áo 380 microns, vỏ bọc 600 microns. 19
- 20. Mode Material Index of Refraction Profile λ microns Size (microns) Atten. dB/km Bandwidth MHz/km Multi-mode Glass Step 800 62.5/125 5.0 6 Multi-mode Glass Step 850 62.5/125 4.0 6 Multi-mode Glass Graded 850 62.5/125 3.3 200 Multi-mode Glass Graded 850 50/125 2.7 600 Multi-mode Glass Graded 1300 62.5/125 0.9 800 Multi-mode Glass Graded 1300 50/125 0.7 1500 Multi-mode Glass Graded 850 85/125 2.8 200 Multi-mode Glass Graded 1300 85/125 0.7 400 Multi-mode Glass Graded 1550 85/125 0.4 500 Multi-mode Glass Graded 850 100/140 3.5 300 Multi-mode Glass Graded 1300 100/140 1.5 500 Multi-mode Glass Graded 1550 100/140 0.9 500 Multi-mode Plastic Step 650 485/500 240 5 @ 680 Multi-mode Plastic Step 650 735/750 230 5 @ 680 Multi-mode Plastic Step 650 980/1000 220 5 @ 680 Multi-mode PCS Step 790 200/350 10 20 Single-mode Glass Step 650 3.7/80 or 125 10 600 Single-mode Glass Step 850 5/80 or 125 2.3 1000 Single-mode Glass Step 1300 9.3/125 0.5 * Single-mode Glass Step 1550 8.1/125 0.2 * Attenuation and Bandwidth characteristics of different fiber optic cable candidates 20
- 21. Chuẩn sợi đơn mode I § ITU-‐T G.652 – standard Single Mode Fiber (SMF) hay Non Dispersion Shifted Fiber (NDSF). § Sợi được dùng nhiều nhất chiếm 95% trên thế giới. § Water Peak Region : vùng bước sóng xấp xỉ 80 nanometers (nm) với trung tâm là 1383 nm ( có suy hao cao). 21
- 22. G.652 Standard Fibre § Các đặc tính của sợi đơn mode được quy định bởi tổ chức ITU (International Telecommunications Union. § Các thông số kỹ thuật: § Đường kính lớp áo = 125 microns. § Đường kính trường mode = 9-‐10 microns at 1300 nm wavelength. § Tần số cắt (Cutoff) = 1100-‐1280 nm. § Tán sắc tại dải 1300 nm (1285-‐1330 nm) < 3.5 ps/nm/ km. § Tại1550 nm tán sắc < 20 ps/nm/km.24 22
- 23. Chuẩn sợi đơn mode II § ITU-‐T G.652c -‐ Low Water Peak Non Dispersion Shifted Fiber. Source www.corning.com 23
- 24. Chuẩn sợi đơn mode III § ITU-‐T G.653 – Dispersion Shifted Fiber (DSF) § Dịch giá trị tán sắc 0 trong dải C § Các kênh được cấp tại dải C bị ảnh hưởng nặng nề bởi nhiễu do hiệu ứng phi tuyến Four Wave Mixing 24
- 25. Chuẩn sợi đơn mode IV § ITU-T G.655 – Non Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF) § Tán sắc đa màu nhỏ tại dải C: tối thiểu hóa các hiệu ứng phi tuyến § Tối ưu hóa với truyền DWDM (dải C and L) 25
- 26. Ứng dụng Các kết nối yêu cầu tốc độ cao, khoảng cách kết nối xa và ít bị nhiễu giao thoa: kết nối quốc tế, kết nối mạng xương sống (backbone), các ứng dụng fiber to home. 26
- 27. Giản đồ truyền dẫn quang 27
- 28. Phần 2. Truyền dẫn sợi cáp quang § Bản chất của ánh sáng § Truyền ánh sáng dọc sợi cáp § Truyền đơn mode § Truyền đa mốt § Suy hao § Tán sắc 28
- 29. Lý thuyết cơ bản của truyền dẫn trên sợi cáp quang § Điều kiện phản xạ toàn phần trong lớp lõi: : chiết suất của lớp lõi và lớp áo sin!C = n1 n0 cθθ ≥ n1,n2 29
- 30. Truyền ánh sáng trên sợi cáp quang § Critical Angle Góc tới hạn § Numerical Aperture (NA) Khẩu độ số 30
- 31. 31 NA = n1 2 ! n2 2 = n0 sin !max( )
- 32. Khẩu độ số NA 32 • NA: là thước đo khả năng của sợi quang bắt giữ ánh sáng • NA: có quan hệ với một bước sóng cụ thể -‐ Bước sóng 532nm đi ngang qua sợi quang -‐ Chùm laser đi ra là đa mode -‐ Do bước sóng 532nm quá nhỏ, nên sợi quang không thể hạn chế truyền đơn mode
- 33. Cho một phân bố Gauss ( ) ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −= 2 0 2 0 exp w r ErE r: bán kính E0: trường tại bán kính r=0 w0: độ rộng của phân bố trường điện MFD của mode LP01 ( ) ( ) 2 1 0 2 0 23 0 2 22 ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = ∫ ∫ ∞ ∞ drrrE drrEr w Điều kiện truyền dẫn đơn mode trong sợi quang Đường kính trường mode
- 35. Giá trị cutoff của V • Với mỗi mode, có một vài giá trị của V mà dưới giá trị đó mode không dẫn. • Dưới giá trị V=2.405, chỉ có một mode (HE11) có thể được dẫn trong sợi; sợi lúc này là sợi đơn mode • Dựa trên định nghĩa của V, có thể giảm số lượng mode bằng cách giảm đường kính lõi và giảm ∆.
- 36. Sợi đa mode chiết suất nhẩy bậc § n chiết suất, n1 chiết suất lõi, n2 chiết suất lớp áo § a: bán kính lõi sợi ; b: bán kính tính hết lớp áo n = n1 r < a n2 a ! r ! b " # $ %$ 36 • Sợi quang chiết suất bậc: ∆ là vi sai chiết suất lõi-vỏ ( )Δ−= 112 nn
- 37. Khái niệm § Mode Field Diameter (MFD) and Spot Size Spot Size Mode Field Diameter 37 NA = n1 2 !n2 2 V = 2!a NA ! w0 = a 0.65+1.619V!1.5 + 2.879V!6 ( ) MFD = 2w0 I w0( )= I0e!2 = 0.135I0
- 38. Tham số ảnh hưởng đến truyền quang § Suy hao (Attenuation) § Tán xạ Rayleigh, hấp thu § Tán sắc § Tán sắc đa mầu ( intra-‐mode) § Tán sắc đa mode ( inter-‐mode) § Các hiệu ứng phi tuyến: § Tán xạ Brillouin, tán xạ Raman điều chế đồng pha (self phase modulation), four-‐wave mixing 38
- 39. Các hiện tượng khi truyền ánh sáng trên sợi cáp quang § Sự giảm năng lượng ánh sáng theo chiều dài của cáp quang. § Chủ yếu gây ra bởi hiện tượng tán xạ § Phụ thuộc vào tần số truyền. § Đo bằng dB/km ( ))(log10 10 inout PPdB = 39
- 40. Hiện tượng tán xạ § Bề mặt gồ ghề, thậm chí tại mức phân tử àtia sáng bị phản xạ theo các hướng ngẫu nhiên khác nhau à hiện tượng phản xạ khuếch tán hay tán xạ § Tán xạ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng bị tán xạ Phản xạ phản chiếu Phản xạ khuếch tán 40
- 41. Băng tần truyền dẫn Band Wavelength (nm) O 1260 – 1360 E 1360 – 1460 S 1460 – 1530 C 1530 – 1565 L 1565 – 1625 U 1625 – 1675 n Thông tin quang được thực hiện trong các vùng bước sóng gọi là Dải (band). n Hệ thống DWDM thương mại thường được truyền ở dải C q Chủ yếu do việc sử dụng các bộ khuếch đại EDFA (Erbium-‐Doped Fiber Amplifiers ). n Hệ thống CWDM truyền ở dải S, C and L. n ITU-‐T định nghĩa lưới bước sóng cho truyền dẫn xWDM q Khuyến nghị G.694.1 cho truyền DWDM: S, C and L . q Khuyến nghị G.694.2 cho CWDM: O, E, S, C and L. 41
- 42. § Bán kính lõi a trong khoảng vài bước sóng § Sự giãn xung trong sợi đơn mode là do tán sắc sắc thể § (chromatic dispersion) Điều kiện truyền dẫn đơn mode trong sợi quang
- 43. Điều kiện truyền dẫn đơn mode trong sợi quang § Kích thước đường kính lõi trong khoảng một vài bước sóng § Vi sai chiết suất lõi-vỏ nhỏ: 0,1-0,2% § Ví dụ: § sợi đơn mode tiêu chuẩn có bán kính lõi 3µm § khẩu độ số NA=0,1 tại bước sóng 0,8µm, V=2,356 § Đường kính trường mode (MDF: mode field diameter) Tham số cơ bản của sợi đơn mode, được xác định từ phân bố trường mode của mode cơ bản Có phân bố Gausssian MDF = 1/e2 độ rộng của công suất quang
- 44. • Khẩu độ số (numerical aperture, maximum acceptance angle) ( ) Δ≈−== 2sin 1 2 1 2 2 2 1max,0 nnnnNA θ • Tần số chuẩn hóa (V number): ( ) NA a nn a V λ π λ π 22 2 1 2 2 2 1 =−= • Số V để xác định số mode M trong sợi đa mode: ( ) 2 2 2 1 2 2 2 2 1 2 V M nn a M ≈ −⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ≈ λ π • M~V2 : công suất đi vào vỏ giảm khi V tăng. Khi V lớn, công suất quang trung bình trong vỏ được xác định: MP Pclad 3 4 ≈
- 45. 45
- 46. Sợi đa mode chiết suất thay đổi n = n1 1! 2" r / a( ) ! ( ) 1/2 r # a core n1 1! 2"( ) 1/2 = n2 a # r # b cladding $ % & ' & ! = n1 " n2 n1 Thường Δ << 1 α≈ 2 46Parabolic index profile r: khoảng cách bán kính từ trục của sợi a: bán kính lõi sợi n1: chiết suất tại trục lõi n2: chiết suất vỏ α: tham số xác định dạng của đường cong chiết suất khi n(r) sẽ có dạng của sợi chiết suất bậc ∞=α • Vi sai chiết suất:
- 47. • Khẩu độ số NA (numerical aperture): ( ) ( )[ ] ( ) ( ) ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≥ ≤−≅ ⎩ ⎨ ⎧ − = ar ar fora rNAnrn rNA 0 10 0 2 1 2 2 2 α ( ) ( )[ ] ( ) Δ≅−=−= 200 1 2 1 2 2 2 1 2 1 2 2 2 nnnnnNA • NA của sợi chiết suất biến đổi giảm từ NA(0) xuống 0 khi r chạy từ trục của sợi tới ranh giới lõi-vỏ • Tần số chuẩn hóa: ( ) ( )0 22 2 1 2 2 2 1 NA a nn a V λ π λ π =−=
- 48. • Số lượng mode trong sợi chiết suất biến đổi: M ! ! ! + 2 a2 k0 2 n1 2 " = ! ! + 2 # V 2 2
- 49. Single Mode Fiber Standards V ITU-T Standard Name Typical Attenuation value (C- band) Typical CD value (C-band) Applicability G.652 standard Single Mode Fiber 0.25dB/km 17 ps/nm-km OK for xWDM G.652c Low Water Peak SMF 0.25dB/km 17 ps/nm-km Good for CWDM G.653 Dispersion- Shifted Fiber (DSF) 0.25dB/km 0 ps/nm-km Bad for xWDM G.655 Non-Zero Dispersion- Shifted Fiber (NZDSF) 0.25dB/km 4.5 ps/nm- km Good for DWDM 49
- 50. Suy hao (Attenuation) § Đặc điểm suy hao (Absorption) của thủy tinh § Cửa sổ truyền dẫn sợi quang (dải tần) § Rất ít thất thoát: .4 dB / km hoặc .2 dB / km. 50
- 51. Tán sắc § Hiện tượng trong đó vận tốc nhóm của sóng phụ thuộc vào tần số của nó § Tán sắc hay tán sắc đa màu ( bản chất phụ thuộc vào bước sóng) § Còn gọi là tán sắc do vận tốc nhóm § Ví dụ: cầu vồng 51
- 52. Tán sắc à gây dãn xung ánh sáng khi truyền dọc sợi quang à Gây méo mó tín hiệu à Giới hạn băng thông của sợi quang 52
- 53. Nguồn tán sắc § Tán sắc liên mode ( đa mode - intermode) ü Do tốc độ của các mode truyền ngang khác nhau § Tán sắc theo vận tốc nhóm ( đơn mode - đa màu – intramode) ü Do chiết suất của sợi thủy tinh thay đổi một chút phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng ü hiệu ứng tuyến tính ü Không phải vấn để lớn nếu truyền < 2.5Gbps Tán sắc đa màu Tán sắc do vận tốc mode khác nhau Dtot 2 = Dintermod 2 +Dintramod 2 53
- 54. Tán sắc đa mode ( intermode) § Nhóm các mode truyền dọc sợi quang, năng lượng sáng phân bố giữa các mode bị trễ khác nhau ( tốc độ khác ) § Các mode đi theo đường khác nhau trong cùng khoảng thời gian à một số mode đi xa hơn nên đến nơi chậm hơn 54
- 55. Tán sắc đa mode ( intermode) 55
- 56. Tán sắc đa mode ( intermode) 56 Đi xuống lõi Đi theo góc tới hạn
- 57. 57
- 58. 58
- 59. Tán sắc đa mode ( intermode) trong SI 59
- 60. Tán sắc đa mode ( intermode) trong SI 60 L Trung tâm: Tf = L n1/c. Góc tới hạn: Ts = L n1 2/cn2 Thời gian truyền Góc tới hạn= sin -1 n2/n1 Mode nhanh nhất n2 n1 • Mode nhanh nhất: tia sáng đi dọc trục của lõi • Mode chậm nhất: tia sáng tới tại góc tới hạn tại giao diện lõi-áo
- 61. Tán sắc đa mode ( intermode) 61 L Trung tâm: Tf = L n1/c. Góc tới hạn: Ts = L n1 2/cn2 Dintermode =!T = Ts !Tf = L c n1 2 n2 " < 1 2B Tại sao tỉ lệ thuận với Δ? Chú ý Δ nhỏ nhỏ Δ = (n1-n2)/n1 Δ≈ 21nNA Bit rate
- 62. Tán sắc đa mode ( intermode) 62 Δ < c n n BL 2 1 2 2 1 • BL = Tích khoảng cách và băng thông tín hiệu (Mb/s)- km • B Mbps trên L km • Tích này là một hằng số phụ thuộc vào các tham số hệ thống tổng chung như tổn hao năng lượng, BER Step index fiber Lõi Δ≈ 21nNA Δ = (n1-n2)/n1
- 63. BW limit intermode = 0.44Lmax intermod Dntermod max i Tán sắc đa mode ( intermode) Dintermode = !T L Có thể xấp xỉ 63 Độ dãn xung của tín hiệu sau khi di chuyển khoảng cách L
- 64. Tán sắc đa mode trong GI 64 n = n1 1! 2" r / a( ) g ( ) 1/2 r # a core n1 1! 2"( ) 1/2 = n2 a # r # b cladding $ % & ' & Dintermode = Ln1 2c !2 = NA( ) 4 8n1 3 c BL < 8c n1!2
- 65. 65 Tán sắc đa mode như 1 hàm chiết suất có hệ số đặc tính g (α) hệ số đặc tính g (α )
- 66. Grid chiều dài truyền và tốc độ bit 1-10 m 10-100 m 100-1000 m 1-3 km 3-10 km 10-50 km 50-100 km >100 km <10 Kb/s 10-100 Kb/s 100-1000 Kb/s 1-10 Mb/s 10-50 Mb/s 50-500 Mb/s 500-1000 Mb/s >1 Gb/s I II III IV V V VI VII I Region: BL !100 Mb/s SLED with SI MMF II Region: 100 Mb/s ! BL ! 5 Gb/s LED or LD with SI or GI MMF III Region: BL ! 100 Mb/s ELED or LD with SI MMF IV Region: 5 Mb/s ! BL ! 4 Gb/s ELED or LD with GI MMF V Region: 10 Mb/s ! BL ! 1 Gb/s LD with GI MMF VI Region: 100 Mb/s ! BL ! 100 Gb/s LD with SMF VII Region: 5 Mb/s ! BL ! 100 Mb/s LD with SI or GI MMF SI: step index, GI: graded index, MMF: multimode fiber, SMF: single mode fiber 66
- 67. Tán sắc đơn mode 67
- 68. Tán sắc theo vận tốc nhóm § Do nguồn phổ luôn là 1 dải các bước sóng § Mỗi bước sóng khác nhau truyền với tốc độ khác nhau ( do chiết suất thay đổi theo bước sóng) § Hai thành phần chính: ü Tán sắc vật liệu ü Tán sắc ống dẫn sóng 68
- 69. Tán sắc vật liệu § Hiện tượng dãn xung ánh sáng § Mỗi bước sóng gây chiết suất lõi sợi thay đổi à các bước sóng truyền đi với tốc độ khác nhau xuyên vật liệu § Mỗi bước sóng đến đầu cuối tại thời điểm khác nhau § Hiện tượng ít hơn với bước sóng càng dài Vật liệu không hoàn hảo: n phụ thuộc vào λ d2 n d!2 Hệ số tán sắc vật liệu: σmat = ! ! c • d2 n d!2 Tán sắc vật liệu: Dmat = σmat .L . Δλ [ps/km*nm] Δλ: Độ rộng phổ của nguồn sáng 69
- 70. Tán sắc do ống dẫn sóng § Do hằng số truyền mode β là hàm của kích thước lõi sợi tương ứng tại 1 bước sóng hoạt động à Bước sóng thay đổi ( dù chỉ 1 bước sóng), β của mode đó thay đổi § Do ánh sáng truyền trong lõi khác trong lớp áo § Chiết suất khác nhau của lõi và lớp áo à chiết suất hiệu dung thay đổi theo bước sóng 70
- 71. Tán sắc do ống dẫn sóng § Bước sóng nhỏ: chiết suất hiệu dụng gần bằng chiết suất lõi § Bước sóng trung bình: chiết suất hiệu dụng giảm dần về chiết suất lớp áo § Bước sóng dài: chiết suất hiệu dụng gần bằng chiết suất áo 71
- 72. Tán sắc do ống dẫn sóng § Năng lượng ánh sáng của một mode truyền 1 phần trong lõi, 1 phần ở lớp áo § Phân bố năng lượng của 1 mode giữa lớp áo và lõi là hàm phụ thuộc bước sóng § Bước sóng càng dài, năng lượng càng tập trung ở lớp áo 72
- 73. Tán sắc do ống dẫn sóng § Cho 1 mode cố định λ, vận tốc nhóm vẫn là 1 hàm của bước sóng λ § Tán sắc: § Với loại vật liệu làm sợi, tại bước sóng nhỏ !ongdansong ! 0.003"#! c! " L(s) 73
- 74. Tán sắc tổng ! soi_tong 2 =!intermode 2 +!vatlieu 2 +!ongdansong 2 74
- 75. Tán sắc mode phân cực (Polarization Mode Dispersion –PMD) 75
- 76. Giải pháp cho tán sắc § Sợi dịch chuyển tán sắc (Dispersion Shifted Fibre -‐ DSF) § à Sợi dịch chuyển tán sắc không Không (Non-‐Zero Dispersion-‐Shifted (WDM-‐Optimized) Fibre -‐ NZDSF) 76
- 77. Sợi ZDSF § Chuyển điểm tán sắc bằng 0 về bước sóng 1.55μm § Nhưng để loại bỏ hiệu ứng phi tuyến four-‐wave mixing à cần dịch về tần số dài hơn 1.55μm 77
- 78. à có thể tự tiêu giệt hiệu ứng của nhau tại một bước sóng nào đó § Cách tiêu giệt này được sử dụng trong sợi dịch chuyển tán sắc (dispersion shifted fibers) Chromatic and waveguide dispersion cancel each other Chromatic (uncorrelated random variables) 78
- 79. Tính toán quỹ đường truyền § Để xác định khoảng cách đặt các bộ lặp(repeater), cần xác định: § Quỹ công suất § Quỹ băng thông ( thời gian nâng) § Thất thoát năng lượng quang do sợi quang, các bộ nối, các mối nối § Cần có khả năng định lượng các khoảng dự phòng yêu cầu về phương diện của nhiệt độ, độ ổn định, và độ lão hóa § Khi tính quỹ băng thông, ta nên tính đến tổng thời gian nâng trên các tuyến liên kết (Tx, sợi, Rx) § Nếu tuyến thông tin không thỏa mãn quỹ § Đặt thêm bộ lặp 79
- 80. Tính toán tuyến(cont.) § Specifications: khoảng cách truyền, data rate (BW), BER § Các đối tượng cần chọn Sợi cáp § Sợi Đa mode hay đơn mode: kích thước lõi, chỉ số chiết suất, băng thông hay tán sắc, suy hao, khẩu độ số hay đường kính trường mode Nguồn § Nguồn quang LED hay laser diode : bước sóng phát ra, spectral line width, công suất đầu ra, diện tích bức xạ hiệu dụng, emission pattern, số mode được phát ra Bộ thu § PIN hay avalanche photodiode: tính đáp ứng, bước sóng hoạt động, thời gian nâng, độ nhạy đầu thu 80