Tán sắc làhiện tượng dãn xung ánh sáng theo thời gian khi truyền tín hiệu, gây nên méo tín hiệu. Đây làvấn đềquan trọng với tuyến tốc độ cao, đường truyền dẫn dài.
Nội dung Text: Thông tin quang / C2_3_ Tán sắc trong sợi quang
Tán sắc trong sợi quang – Dispersion
Tán sắc là hiện tượng dãn xung ánh
sáng theo thời gian khi truyền tín
hiệu, gây nên méo tín hiệu.
Đây là vấn đề quan trọng với tuyến
tốc độ cao, đường truyền dẫn dài.
[ps.km-1.nm-1]: độ lệch thời gian lan
truyền xung ánh sáng trên 1km sợi
quang và với phổ bức xạ của nguồn
phát quang rộng 1nm.
Tán sắc giữa
Các loại tán sắc:
các mode
Tán sắc mode
Tán sắc dẫn sóng
Tán sắc vật liệu Tán sắc
trong mode
Tán sắc mặt cắt (nhỏ)
1
Hanoi University of Technology
Tán sắc tổng (Dispersion)
2
Tán sắc mode – Modal Dispersion
Trong sợi đa mode, tốc độ lan truyền ánh sáng của các mode
khác nhau. Sự chênh lệch thời gian đến điểm thu giữa các tia
sáng gây trễ nhóm mode lan truyền → dãn xung ánh sáng.
Trong sợi đơn mode không có tán sắc mode
3
Tán sắc mode
4
Các mode lan truyền bao gồm từ mode bậc 0 đến
mode bậc (N – 1)
Mode bậc 0 coi như truyền song song với trục của
sợi quang với quãng đường ngắn nhất L (km)
Mode bậc cao nhất (N – 1) truyền gần góc tới hạn
θc với quãng đường dài nhất: L
(km)
sin θ C
Tán sắc mode:
2
NA
Dmode =
2 ⋅ n1 ⋅ c
5
Tán sắc mode – Dmode
Độ dãn xung tín hiệu – τmode
Tán sắc mode sau quãng đường L (km) hay độ giãn xung
tín hiệu quang sau khi truyền trong sợi quang dài L (km)
đo bằng hiệu thời gian truyền giữa mode bậc cao nhất
và mode bậc thấp nhất:
n1 ⎛ 1 ⎞ n1 ⎛ n1 ⎞ n1 ⎛ n1 − n 2 ⎞
=L ⎜ − 1⎟ = L ⎜ − 1⎟ = L ⎜
τ mod e ⎟
c ⎜ n2 ⎟ c ⎜ n2 ⎟
c ⎜ sin θ c ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
⎝ ⎠
n1 ∆
τ mod e ≅ L⋅ = L ⋅ D mod e
c
6
Tán sắc đơn sắc Dchro(λ)– Chromatic Dispersion
Những khái niệm cơ bản
Trong thông tin quang, các xung ánh sáng được
dùng để truyền thông tin. Chúng là những nhóm
sóng ngắn trong đó có các sóng ánh sáng ở những
bước sóng khác nhau.
Bên trong những nhóm sóng như vậy, các sóng
riêng biệt sẽ truyền với tốc độ khác nhau do
chúng có các bước sóng khác nhau.
Tốc độ truyền của một nhóm sóng gọi là vận tốc
nhóm - Group velocity.
7
Những khái niệm cơ bản (tiếp)
Chiết xuất khúc xạ nhóm – Group refractive index:
dn
ng = n − λ
dλ
Chỉ số chiết xuất khúc xạ n và chiết xuất khúc xạ nhóm ng
đều là hàm của bước sóng λ
Ví dụ: (hình vẽ p20) Trong thủy tinh silica tinh khiết, n và
ng đều giảm khi bước sóng tăng.
8
Những khái niệm cơ bản (tiếp)
Vận tốc nhóm – Group velocity:
c
vg =
ng
Khi truyền trong sợi quang L (km), xung ánh sáng có
thời gian trễ nhóm hay độ dãn xung tín hiệu – Group
delay time:
LL
τ g = = ⋅ ng
vg c
→ ng, τg phụ thuộc vào λ.
9
Tán sắc vật liệu Dmat (Material Dispersion)
Tán sắc vật liệu là phép đo những biến đổi của chiết xuất khúc xạ
nhóm ng ở những bước sóng khác nhau. Tán sắc vật liệu được tính
từ tích phân của ng theo bước sóng:
1 dng (λ )
Dmat (λ ) = ⋅
c dλ
1 dτ g (λ ) ⎡ ps ⎤
Dmat (λ ) = ⋅
L dλ ⎢ nm ⋅ km ⎥
⎣ ⎦
λZDmat
→ sẽ tồn tại một giá
trị của λ mà tại đó
Dmat = 0
10
Tán sắc vật liệu Dmat
Dmat = 0 tại λ = λZDmat
λZDmat = 1,276µm là bước sóng có tán sắc vật liệu
bằng không với thủy tinh thuần khiết, có thể thay đổi
trong khoảng 1,27 – 1,29µm với lõi và vỏ có pha tạp.
Dmat < 0 khi λ < λZDmat
Dmat > 0 khi λ > λZDmat
Trong dải 1,25 - 1,66µm có thể tính xấp xỉ Dmat
λZDmat
theo công thức:
Dmat ≈ 122 × (1 − )
λ
11
Tán sắc dẫn sóng Dwg (Waveguide Dispersion)
Dwg do sợi đơn mode chỉ giữ
được khoảng 80% năng lượng
trong lõi, còn 20% ánh sáng
truyền trong vỏ nhanh hơn
năng lượng trong lõi.
Dwg phụ thuộc vào hằng số lan
truyền sóng β (hay phụ thuộc
vào thiết kế sợi như các tham
số a, n và λ)
Trong vùng bước sóng
0 → 1,6µm : Dwg < 0
12
Tán sắc đơn sắc: Dchro(λ) = Dmat + Dwg
λZD
13
Tán sắc đơn sắc Dchro
Dchro = 0 tại λ = λZD
λZD ≈ 1,31µm là bước sóng có tán sắc đơn sắc bằng
không với thủy tinh thuần khiết. (dịch chuyển 30 - 40
nm so với λZDmat)
Dchro < 0 khi λ < λZD
Dchro > 0 khi λ > λZD
14
Độ dãn xung tín hiệu đơn sắc – τchro
τ chro = Dchro ⋅ ∆λ ⋅ L
Độ dãn xung tín hiệu tổng – τ
τ= τ +τ
2 2
mod e chro
15
Ưu điểm của Dwg
Giảm Dchro trong vùng bước sóng 1,3 – 1,6µm
Dwg phụ thuộc vào tham số sợi quang như a, ∆ nên có thể thay
đổi giá trị Dwg bằng cách chế tạo sợi có λZD nằm trong vùng
bước sóng suy hao thấp 1550nm tạo nên các sợi tán sắc dịch
chuyển
16
Nguyên tắc tạo sợi quang mới
Điều chỉnh các tham số cơ bản trong cấu trúc loại
sợi đơn mode nhằm dịch chuyển tán sắc tối thiểu ở
vùng bước sóng 1300nm tới bước sóng có suy hao
nhỏ quanh vùng 1550nm.
Ví dụ: tán sắc vật liệu của sợi tiêu chuẩn SMF làm từ SiO2
có D=0 tại λZD=1270nm. Nếu pha thêm một số tạp chất
như GeO2 và P2O5 vào lõi sợi, điểm D=0 sẽ chuyển đến
các bước sóng lớn hơn.
17
Các sợi dẫn quang đơn mode mới
Sợi đơn mode tiêu chuẩn SMF hay sợi không có tán sắc dịch chuyển
DUF (G652 )
Sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispersion – Shifted
Fiber) (G653): có λ0 nằm trong vùng 1550nm, tại đó giá trị D = 0. Được
sử dụng vào hệ thống TTQ hoạt động ở vùng 1550nm, hệ thống có
EDFA, hệ thống đơn kênh quang.
Sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán
sắc dịch chuyển khác không NZ-DSF (Non – Zero DSF) (G655): có tán
sắc nhỏ nhưng khác không với giá trị tiêu biểu là 0,1ps/nm.km ≤ Dmin ≤
Dmax ≤ 6ps/nm.km trong vùng bước sóng 1530 – 1565nm. Thích hợp với
hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa do giảm được các hiệu
ứng phi tuyến.
18
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
