Luận Văn Khuếch đại quang sợi và khả năng ứng dụng vào mạng viễn thông

Lời nói đầu

Sự trao đổi thông tin xuất hiện trong xã hội loài người từ rất sớm, từ xa
xưa con người đã biết sử dụng ánh sáng để báo hiệu cho nhau và đây có thể
coi là hình thức thông tin sớm nhất. Qua thời gian dài của lịch sử phát triển
nhân loại, các hình thức thông tin phong phú dần và ngày càng được phát triển
thành những hệ thống thông tin hiện đại như ngày nay. ở trình độ phát triển
cao về thông tin như hiện nay, các hệ thống thông tin quang nỗi lên là các hệ
thống thông tin tiên tiến bậc nhất, nó đã được triển khai nhanh chóng trên
mạng lưới viễn thông các nước trên thế giới với đủ mọi cấu hình linh hoạt, ở
các cự ly và tốc độ truyền dẫn phong phú, đảm bảo chất lượng dịch vụ viễn
thông tốt nhất. ở Việt Nam, thông tin quang đã và đang được coi là moi
trường truyền dẫn chủ đạo, vì thế chúng được thiết lập và lắp đặt ngày càng
nhiều trên mạng lưới.

Chúng ta đang sống ở thế kỷ 21, một thế kỷ của Công nghệ thông tin
và chúng ta đang đứng trước xu hướng chung là hội nhập và toàn cầu hoá thì
nhu cầu về thông tin liên lạc và các phương tiện giải trí ngày càng cao, kéo
theo sự gia tăng của các loại hình dịch vụ với tính hoàn thiện và độ phức tạp
ngày càng cao. Để đáp ứng được những nhu cầu bức thiết của khách hàng đòi
hỏi phải nâng cấp mạng viễn thông ngày càng hiện đại để có thể cung cấp
được các dịch vụ đó. Mạng thông tin quang hiện nay mặc dù là một mạng
thông tin tiên tiến nhất nhưng nó còn có hạn chế về chất lượng truyền dẫn đó
là băng thông còn hẹp và khoảng cách truyền dẫn ngắn. Vì thế chúng ta phải
cải thiện hệ thống thông tin quang có nghĩa là cải thiện băng thông và khoảng
cách truyền dẫn. Nếu chúng ta sử dụng các kỹ thuật thông thường để nâng cấp
tuyến thì sẽ rất tốn kém chi phí cho các giải pháp đó và có thể làm phức tạp
mạng và làm giảm độ an toàn mạng. Trong khi đó kỹ thuật khuếch đại quang
và kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng giải quyết được hai vấn đề này.
Kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng cho phép ghép nhiều bước sóng
trên cùng một sợi quang, do đó có thể tăng dung lượng truyền dẫn mà không
cần phải tăng thêm sợi quang, nhưng WDM chỉ thực sự có ý nghĩa khi nó kết
hợp với khuếch đại quang. Kỹ thuật khuếch đại quang làm tăng công suất tín
hiệu cho phép kéo dài khoảng cách truyền dẫn thông tin, nó giúp cho việc
giảm bớt số trạm lặp trên tuyến. Kỹ thuật khuếch đại quang còn được ứng
dụng trong nhiều hệ thống trên mạng viễn thông.

Do vậy, trong đề tài này em đã tìm hiểu về kỹ thuật khuếch đại quang
và khả năng ứng dụng của nó trong mạng viễn thông nói chung và mạng viễn
thông Việt Nam nói riêng. Trong đó em có tím hiểu về sự kết hợ của khuếch
đại quang với kỹ thuật ghép kênk quang theo bước sóng WDM.
Nhưng với thời gian có hạn và khả năng có hạn nên khi nghiên cứu về
kỹ thuật quang tiên tiến hiện nay nên em không thể tránh khỏi những sai sót
trong đề tài, em mong được sự giúp đỡ của quý thầ

mục lục

Chương I : Kỹ Thuật khuếch đại quang sợi 7
I Tổng quan về hệ thống thông tin quang.7
II Kỹ thuật khuếch đại quang10
1. Giới thiệu sơ lược về kỹ thuật khuếch đại quang.10
2. Các tiêu chuẩn của hệ thống sử dụng khuếch đại : .13
3. Khuếch đại laser bán dẫn (SLA).15
3.1 Bộ khuếch đại Febry- Perot.17
a. Dải thông 3dB 18
b. Sự bão hoà hệ số khuếch đại :.19
3.2 Bộ khuếch đại sóng chạy TWA. 20
a. Dải thông 3dB .20
b. Hệ số khuếch đại bão hoà. 20
c. Xuyên âm 20
4. Khuếch đại quang sợi .22
5. Nghiên cứu bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium (EDFA) .23
5.1 Cấu trúc của modul EDFA 23
5.2 Nguyên lý hoạt động của EDFA. .27
5.3 Xu hướng phát triển của các modul EDFA .28
a. Bộ khuếch đại quang sợi phản xạ đơn hướng và hai hướng: .28
b. Tự động điều chỉnh khuếch đại và công suất 29
c. Cân bằng và làm phẳng phổ khuếch đại.30
d. Cấu trúc cải tiến đặc tính khác.30
5.4 Tối ưu hoá độ dài sợi pha tạp Erbium (EDF).31
5.5 Các thông số kỹ thuật của modul EDFA 33
a. Công suất bơm và bước sóng bơm33
b. Khuếch đại trong EDFA .35
c. Nhiễu trong bộ khuếch đại EDFA. 38
d. Hình ảnh nhiễu của bộ khuếch đại quang: .42
5.6 Đánh giá các vấn đề kỹ thuật trong hệ thống truyền dẫn thông
tin quang sử dụng khuếch đại quang sợi EDFA. 44
a. Nhiễu tích luỹ: 44
b. Điều chỉnh tán sắc 45
Chương II: khả năng ứng dụng của
khuếch đại quang vào mạng viễn
thông 49
I. Khả năng ứng dụng của khuếch đại quang sợi: 49
1. Tổng quan về khả năng ứng dụng của khuếch đại quang sợi .49
2. Các loại khuếch đại quang thường dùng .50
2.1 Khuếch đại công suất 50
2.2 Tiền khuếch đại 52
2.3 Khuếch đại đường truyền: .53
II ứng dụng khuếch đại quang sợi vào hệ thống ghép kênh quang
theobướcsóng .56
1. Nguyên lý cơ bản của ghép bước sóng quang WDM .57
2. Đánh giá kỹ thuật WDM 59
3. ứng dụng của kỹ thuật WDM 60
4. Hệ thống WDM có sử dụng EDFA 62
5. Các thiết bị quang cơ bản trong hệ thống WDM có sử dụng EDFA
64
5.1 Bộ xen/rẽ kênh quang WADM (Wavelengh Add-Drop
Multiplexer .64
5.2 Thiết bị đấu nối chéo quang (OXC - Optical Crossconnect).69
5.3 Bộ chuyển đổi bước sóng (WC - Wavelength Conversion) .71
5.4 Bộ cách ly quang (OI - Optical Isolator): .75
6. Cấu trúc một số hệ thống WDM sử dụng EDFA điển hình .77
6.1 Phân loại cấu trúc: .77
6.2 Hệ thống WDM có sử dụng EDFA .78
a. Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng trên một sợi quang
.78
b. Hệ thống ghép bước sóng theo hai hướng trên cùng một sợi
quang 79
c. Cấu trúc mạng Điểm - Điểm . .81
d. Cấu trúc mạng đa điểm - đa điểm .82
e. Cấu trúc mạng vòng (Ring) 84
f. Cấu trúc mạng đường trục 86
7. Một số vấn đề cần xem xét khi xây dựng hệ thống WDM có sử dụng
EDFA 87
7.1 Kênh bước sóng. 87
7.2 Độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát 88
7.3 xây dựng quĩ công suất của tuyến WDM có sử dụng EDFA89
a. Công suất phát quang Pt(t): 90
b. Độ nhạy thu 92
c. Suy hao sợi truyền dẫn 94
7.4 Xem xét về tán sắc 94
7.5 Xem xét sự thiệt thòi công suất do các hiệu ứng phi tuyến gây
ra 96
a. Đền bù công suất (Penalty) .96
b. ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến 97
7.6 Các tham số của EDFA ảnh hưởng đến hệ thống WDM có sử
dụng EDFA 98
Chương III: ứng dụng khuếch đại quang sợi
vào mạng viễn thông Việt Nam 100
1. Khả năng sử dụng khuếch đại quang trên tuyến đường trục SDH
2,5Gbit/s ở Việt Việt Nam.100
2. ứng dụng khuếch đại quang sợi trong mạng nội hạt .104
3. ứng dụng khuếch đại quang trong cáp quang biển. 107