- Ảnh hưởng của Chirp tần số trong hệ thống thông tin Soliton. - Abstract: Giới thiệu chung về thông tin quang: trình bày sự phát triển chung của hệ thông tin quang, các loại sợi quang, một số hệ thông tin quang. - Sợi quang. - Sự bùng nổ thông tin kích thích sự phát triển như vũ bão của dịch vụ thông tin toàn cầu do đó các hệ thống thông tin luôn được nghiên cứu để có thể truyền thông tin tốt nhất. - Trong thông tin người ta đòi hỏi tín hiêu truyền có suy hao thấp, khả năng truyền thông tin xa, nhưng trong các hệ thống thông tin thì xảy ra sự tán sắc ánh sáng, sự tán sắc ánh sáng làm suy hao năng lượng truyền thậm chí còn mở rộng xung truyền dẫn đến méo dạng tín hiệu khi truyền. - Để góp pần giải quyết vấn đề giảm ảnh hưởng của tán sắc, người ta sử dụng một phương pháp bù trừ tán sắc, đặc biệt là phương pháp vào xung dạng Gauss có chirp, hơn nữa trong thực tế người ta đã phát triển hệ thống thông tin Soliton là hệ thống thông tin ít tán sắc. - Tuy nhiên trong quá trình truyền thì các Soliton gần nhau vẫn ảnh hưởng đến nhau do đó luận văn của em sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của chirp tần số lên hệ thông tin Soliton.. - Vì vậy luậ n văn của tôi tập trung nghiên cứu “Ảnh hưởng của chirp tần số trong hệ thống thông tin soliton”. - Chương 1: Giới thiệu chung về thông tin quang, trong phần này sẽ trình bày sự phát triển chung của hệ thông tin quang, các loại sợi quang, một số hệ thông tin quang.. - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THÔNG TIN QUANG. - Thông tin quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang. - Điều này có nghĩa là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang . - Tại nơi nhận nó lại được biến đổi thành thông tin ban đầu. - 1.1 Sự phát triển của thông tin quang:. - 1960 các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công ra laze và đến năm 1966 đã chế tạo ra sợi quang có độ tổn thất thấp ( 1000dB/Km). - Bốn năm sau Karpon đã chế tạo ra cáp sợi quang trong suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/Km. - Dựa trên công nghệ sợi quang và các laze bán dẫn giờ đây có thể gửi một khối lượng lớn các tín hiệu âm thanh dữ liệu đến các địa chỉ cách xa hàng trăm Km bằng một sợi quang có độ dày như một sợi tóc, không cần các bộ tái tạo. - Sự ra đời của laser và sợi quang đã góp phần to lớn vào sự phát triển của hệ thống thông tin hiện đại, tiêu biểu là các hệ thống thông tin quang.. - Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang bao gồm ba bộ phận cơ bản sau (như hình 1.1). - Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang Thiết bị phát. - Ưu, nhược điểm và các ứng dụng của thông tin quang:. - Sợi quang không bị nhiễu bởi các tia điện từ trong không gian và ngược lại nó cũng không phát ra các tia điện từ gây ảnh hưởng tới các thiết bị xung quanh. - Như vậy các tín hiệu truyền qua sợi quang không thể bị nghe lén được. - Giá thành của hệ thống dẫn tín hiệu bằng cáp kim loại đắt hơn so với cáp sợi quang.. - Trong kênh thông tin trọng lượng và kích thước của các bộ phận đều nhỏ nhẹ.. - Tín hiệu và hệ thống truyền tin bằng sợi quang thích hợp với các linh kiện, IC lozic TTC và CMOS.. - Truyền tín hiệu qua cáp quang không bị nhiễu và không có hiệu ứng thời gian trễ như ở thông tin vệ tinh.. - Muốn cấp nguồn từ xa cho các trạm lặp cần có thêm dây đồng đặt bên trong sợi quang.. - Với hệ thống thông tin quang, môi trường truyền dẫn là sợi quang.. - Sợi quang.. - Sợi quang là một trong những thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang. - Trong hệ thống thông tin quang sợi, sợi quang đóng vai trò là môi trường truyền dẫn và thực hiện truyền ánh sáng từ phía phát tới phía thu. - Sợi quang có bán kính từ 5 20µm hay được sử dụng và tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà sợi quang có bán kính khác nhau.. - Truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang.. - Sợi quang được cấu tạo sao cho ánh sáng được truyền dẫn chỉ trong lõi sợi bằng phương pháp sử dụng hiện tượng phản xạ toàn phần ánh sáng. - Ánh sáng từ nguồn phát quang bị khuếch tán do nhiễu xạ và ánh sáng được tập trung lại để đưa vào sợi quang mà chỉ một phần có góc tới nằm trong một giới hạn nhất định nào đó mới có thể được đưa vào lõi sợi quang.. - Sơ đồ truyền ánh sáng trong sợi quang được trình bày (như hình 1. - Sơ đồ truyền ánh sáng trong sợi quang. - Tại điểm A nơi ánh sáng đưa vào sợi quang được chia làm ba môi trường liền nhau có chiết suất khúc xạ khác nhau đó là môi trường không khí, môi trường lõi, vỏ sợi quang. - Với là độ lệch chiết suất tương đối và được gọi là khẩu độ số (NA), nó cho biết điều kiện đưa ánh sáng vào sợi quang. - Nhưng loại sợi này không phù hợp cho hệ thông tin quang vì có sự tán sắc nhiều tia hoặc tán sắc giữa các mode. - Tán sắc nhiều tia là do các tia sáng truyền trong sợi quang với những quãng đường khác nhau do đó, ở đầu cuối của các sợi các tia này không đồng thời ló ra, trong khi tốc độ truyền của các tia trong sợi là như nhau. - Đánh giá tốc độ truyền thông tin dựa vào điều kiện:. - Một số yếu tố cơ bản của sợi quang ảnh hưởng đến hệ thống thông tin quang.. - Đối với sợi quang có ba yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến khả năng của các hệ thông tin quang là suy hao, hiện tượng phi tuyến xảy ra trong sợi quang và tán sắc.. - Trên một tuyến truyền thông tin quang, các suy hao ghép nối giữa nguồn phát quang với sợi quang, giữa sợi quang và sợi quang, giữa sợi quang và đầu thu quang cũng có thể coi là suy hao trên tuyến truyền dẫn và suy hao trên sợi. - *Một số nguyên nhân gây ra suy hao trong sợi quang : +Suy hao do hấp thụ:. - Khi một xung sáng ngắn truyền qua một sợi quang sẽ xuất hiện hiện tượng dãn rộng hay mở rộng xung sáng ở đầu thu. - Các loại tán sắc trong sợi quang là:. - Các hệ thống thông tin quang hiện nay đang khai thác trên mạng lưới viễn thông đều sử dụng các sợi quang truyền dẫn trong môi trường tuyến tính mà ở đó các tham số sợi không phụ thuộc vào công suất quang.. - Với việc tăng hiệu quả truyền thông tin mà có thể được làm bằng việc tăng tốc độ bit, giảm khoảng cách giữa các kênh hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên, các ảnh hưởng của phi tuyến sợi trở nên đóng vai trò quyết định hơn.. - Một số hệ thông tin quang. - Ghép kênh theo bước sóng (WDM) là công nghệ trong một sợi quang đồng thời truyền dẫn nhiều bước sóng tín hiệu quang. - Với kỹ thuật ghép kênh quang OFDM băng tần của sóng ánh sáng được phân chia thành một số các kênh thông tin riêng biệt, các kênh ánh sáng có các tần số quang khác nhau sẽ được biến đổi thành các luồng song song để cùng truyền đồng thời trên một sợi quang. - Các hệ thống thông tin quang hiện nay đang khai thác trên mạng lưới viến thông đều sử dụng các sợi dẫn quang thông thường, và các sợi này coi như là môi trường truyền dẫn tuyến tính. - Sự tồn tại của soliton trong sợi quang và sử dụng chúng cho truyền thông quang đã được đề nghị từ những năm 1973 và đến năm 1980 soliton đã được chứng minh bằng thực nghiệm. - Truyền thông tin với các soliton. - Tuy nhiên, khi các bit thông tin được sử dụng là soliton thì định dạng NRZ sẽ không được sử dụng. - Những hệ thông tin soliton đồi hỏi nguồn quang học là những laser có thể phát những xung vùng (ps) hay (fs) dạng soliton không có chirp với tốc độ lặp lại cao và ở vùng bước sóng gần 1,55µm của thông tin quang.. - Soliton dùng ảnh hưởng phi tuyến của sợi để duy trì độ rộng xung ngay cả khi có mặt tán sắc của sợi quang. - Như vậy những hiệu ứng phi tuyến có thể là có lợi ích đối với những hệ thông tin quang ngay cả khi solitons không có thể duy trì được một cách hoàn hảo vì sự hao phí.. - Để vượt qua ảnh hưởng của hao phí sợi, trong thông tin đường dài soliton cần phải được khuếch đại tuần hoàn để giữ nguyên độ rộng xung ban đầu, công suất đỉnh và năng lượng của nó.. - Sơ đồ khuếch đại tập trung (lump) (a) bộ ghép và phân bố (b)để bù trừ hao phí sợi trong hệ thống thông tin soliton.. - Thông thường L D nhỡ hơn 50 km cho hệ thống 10Gb/s với bước sóng 1,55µm sử dụng sợi quang tiêu chuẩn. - Khuếch đại phân bố cũng có thể đạt được bằng cách pha tạp các nguyên tố đất hiếm như Er 3+ vào trong sợi quang. - Hình 2.2b chỉ ra sơ đồ khuếch đại phân bố trong đó laser bơm cho ánh sáng liên tục theo cả hai hướng bằng cách sử dụng bộ ghép sợi quang WDM. - Sự thay đổi tần này có ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế của hệ thông tin quang. - này là rất quan trọng khi khảo sát ảnh hưởng của sự tán sắc đến sự truyền xung sáng trong sợi quang.. - Một xung vào dạng Gauss đổi tần truyền trong sợi quang ở z = 0 có biên độ ban đầu dạng:. - Như đã trình bày ở chương II, hệ thống truyền dẫn thông tin Soliton là hệ thống truyền thông tin ít tán sắc. - Một xung quang học có trường bao q(z, được truyền trong một sợi quang có chiết suất biến đổi được miêu tả như sau:. - (3.1) Với : Đặc trưng cho suy hao sợi quang. - Để xem xét quá trình truyền của xung với dạng xung đi vào sợi quang tùy ý, năm 1972 Zakharov và Shabat đã sử dụng phương pháp tán xạ ngược để giải phương trình NLS. - Xét một xung quang với trường bao q(z, lan truyền trong sợi quang, bỏ qua mất mát, các hiệu ứng tán sắc, hiệu ứng phi tuyến bậc cao, với điều kiện Soliton ban đầu đi vào sợi quang. - Sử dụng phương pháp tán xạ ngược của P.L.Chu và C.Desem đã thu được phương trình mô tả sự tương tác giữa Soliton lan truyền trong sợi quang với các giá trị riêng phức là. - là vị trí tương ứng của hai Soliton trong sợi quang là trị riêng tương ứng với vận tốc và biên độ của các Soliton 3.2. - Trong luận văn này chúng ta sẽ tập trung vào xem xét ảnh hưởng của chirp tần số lên tính chất soliton của xung truyền trong sợi quang. - Trong phần này chúng Tôi khảo sát sự tương tác của hai soliton trong sợi quang với các tham số của hệ thông tin quang được chọn:. - Tính toán và thu được nghiệm cho trường hợp tương tác giữa hai soliton lan truyền trong sợi quang như sau:. - Khi khoảng phân cách ban đầu càng tăng thì số lần hai soliton nhập lại vào nhau theo khoảng truyền ngày càng giảm và lực tương tác giữa hai soliton cũng giảm theo tức là khoảng cách hoạt động của hệ thông tin soliton càng lớn.. - Vì vậy sự lệch pha có thể coi là biện pháp để làm giảm tương tác của hai soliton trong sợi quang.. - Từ khảo sát cho thấy hai soliton có độ lệch pha càng lớn thì lực tương tác giữa hai soliton truyền trong sợi càng nhỏ chúng phân tách nhanh hơn, tức là khoảng cách hoạt động của hệ thông tin soliton càng lớn mà tốc độ bit không thay đổi.. - Ảnh hƣởng của chirp tần số lên tính chất soliton của xung truyền trong sợi quang. - Trước hết chúng ta khảo sát trường hợp xung truyền trong sợi quang dạng super gauss không có chirp (C = 0). - Hình ảnh xung super gauss không chirp qua sợi quang với m=1. - Hình ảnh xung super gauss không chirp qua sợi quang với m=4 Nhận xét: Từ hình vẽ thu được cho thấy khi khoảng cách Z/Ld tăng lên thì cường độ đỉnh xung càng giảm, xung phụ bắt đầu xuất hiện ngay khi m=1 ở khoảng cách Z/Ld =2 và ngày càng nhiều theo khoảng cách truyền.. - Xét xung super gauss ban đầu đi vào sợi quang có dạng:. - Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với m=2. - Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với m=4 Nhận xét: Từ hình vẽ thu được ta thấy rằng khi tăng khoảng cách truyền cường độ xung chính giảm dần đồng thời số xung phụ tăng dần theo khoảng cách và số xung phụ xuất hiện ngày càng rõ ràng hơn. - Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với C=1. - Hình ảnh xung super gauss có chirp tuyến tính qua sợi quang với C=50 Nhận xét: Khi tăng dần tham số chirp C, giữ nguyên thông số m ta thấy cường độ xung chính giảm mạnh theo khoảng cách truyền đồng thời số xung phụ cũng tăng lên. - Khảo sát trường hợp xung vào dạng super gauss có chirp phi tuyến Xét xung super gauss ban đầu đi vào sợi quang có dạng:. - Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với m=2. - Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với m=4 Nhận xét: Trong trường hợp có chirp phi tuyến cường độ xung giảm dần theo khoảng cách truyền, đồng thời số xung phụ cũng giảm dần. - Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=0.025. - Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=10. - Hình ảnh xung super gauss có chirp phi tuyến qua sợi quang với C=50 Nhận xét: Từ hình vẽ thu được ta thấy cường độ xung giảm dần theo khoảng cách truyền đồng thời độ rộng xung cũng giảm dần theo khoảng cách truyền. - Hai soliton có độ lệch pha càng lớn thì lực tương tác giữa hai soliton truyền trong sợi càng nhỏ, tức là khoảng cách hoạt động của hệ thông tin soliton càng lớn mà tốc độ bit không thay đổi.. - 4.Ảnh hƣởng của chirp tần số lên tính chất soliton của xung truyền trong sợi quang Trường hợp không có chirp:. - Đỗ Thị Diệu Huyền (2007), Ảnh hưởng thông số xung trong hệ truyền dẫn thông tin Soliton, Luận văn thạc sĩ khoa học Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tụ nhiên, Hà Nội.