Công nghệ quang Soliton

Download Công nghệ quang Soliton

Post on 15-Jul-2015

311 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>L IM</p> <p>U</p> <p>---------o0o---------Trong nh ng n m g n y, cng ngh truy n thng quang c nh ng b c ti n v ng ch c, c minh h a b i nhu c u ngy cng t ng c a cc d ch v . Cc nh nghin c u thi t k h th ng quang v m ng nh n th y b n thn chng l nhu c u tr ng t n lm t ng thm dung l ng v truy n thng ng di. T t nhin c m t s c nh tranh m nh m gi a h th ng tuy n tnh v phi tuy n. L p cc h th ng truy n d n tuy n tnh NRZ-IM/DD k t h p v i cng ngh WDM bao trm trn m t di n r ng cc ng d ng, bao g m cc kho ng cch truy n d n ln n 10000km, v cc t c ln n 100Gb/s. Nh ng h th ng ny hi n t i ho t ng ph bi n, nh ng ni chung b h n ch nt c 2,5-5 Gb/s m i knh trong cc truy n d n ng di. M t s l ng l n cc sng mang quang sau c th c yu c u t o ra t c 100Gb/s. M t khc cc h th ng phi tuy n RZ, t c l cc h th ng soliton c khuy ch i t n chn c th xem xt, chnh v th l m t s l a ch n ng n i v i truy n thng dung l ng cao. Trong truy n thng ng di m i knh h th ng RZ phi tuy n c th h tr cc t c ln n 10Gb/s. M c d ang c m t cc cng ngh hon h o cc h th ng soliton c khuy ch i v n ch a c tri n khai ph bi n. L do chnh l trong cc soliton ch u nh h ng Gordon-Haus kh t khe, k t qu t s tr n l n tn hi u v nhi u s pht x t pht t pht t o ra b i cc b khuy ch i EDFA c s d ng b suy hao s i quang. S tr n l n tn hi u v nhi u t o ra m t s jitter trn cc r ng xung, chnh v th h n ch dung l ng cc soliton c khuy ch i. Vi c nghin c u h th ng truy n thng quang c ra trn nhi u kha c nh. Trong ph n trnh by c a chuyn chng em t p trung vo cc v n c b n nh t c a h th ng soliton, y u t jitter nh h ng n h th ng soliton n knh v a knh. M c d h t s c c g ng nh ng ch c ch n trong ph m vi chuyn ny ch a th hon ch nh cc v n nu ra. Chng Em r t mong s ng gp ki n c a cc th y c gio, cc b n sinh vin v cc b n c quan tm n v n ny. Chng Em xin chn thnh c m n !</p> <p>H N i, thng 9 n m 2011</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>1</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>CH</p> <p>NG I: T NG QUAN V SOLITON</p> <p>1.1 Khi ni m v soliton T soliton c a vo n m 1965 miu t thu c tnh phn t c a ng bao xung trong mi tr ng phi tuy n tn s c. D i i u ki n no ng bao xung khng ch lan truy n khng mo m cn t n t i s va ch m nh cc ph n t lm. V y soliton l thu t ng bi u di n cc xung lan truy n qua kho ng cch di m khng thay i hnh d ng xung do n a ra kh n ng c bi t truy n cc xung khng nh y c m v i tn s c. S t n t i c a soliton trong s i quang v s d ng chng cho truy n thng quang c ngh t nh ng n m 1973 v n n m 1980 soliton c ch ng minh b ng th c nghi m. Ti m n ng c a soliton cho truy n d n quang ng di c kh nh nh vo n m 1988 trong m t th nghi m m suy hao s i c b nh b ng k thu t khuy ch i Raman. H th ng soliton quang m c d ch a c ng d ng nhi u trong th c t song v i nh ng ti m n ng v n c, n tr thnh m t d tuy n c bi t cho h th ng truy n d n quang. 1.2 Soliton s i S t n t i c a soliton s i l k t qu c a s cn b ng gi a tn s c v n t c nhm GVD (group-veocity disperson) v t i u ch pha SPM, c hai u h n ch hi u n ng truy n thng quang s i khi ho t ng c l p trn xung quang ang lan truy n bn trong s i ngo i tr khi xung b d ch ban u theo ng h ng. c bi t h n m t xung b d ch c th c nn trong su t giai o n u c a s lan truy n b t c khi no tham s GVD F 2 v h s chirp C tri d u nhau ( F 2 .C 0. V F 2 1 d ng u vo c khi ph c t i \ ! mT / 2(m Z ) . Xung quang t ng ng v i N=1 c g i l soliton c b n. Xung quang ng v i N&gt;1 c g i l soliton b c cao v N c g i l b c c a soliton. Chu k z0 l kho ng cch m cc soliton b c cao khi ph c l i d ng g c c a chng. z0 =T T T02 LD ! 2 2 | F2 |</p> <p>(1.10)</p> <p>Chu k z0 v b c N c a soliton ng m t vai tr quan tr ng trong thi t k h th ng soliton quang. Hnh v sau bi u di n ti n trnh xung c a soliton b c 1 v soliton b c 3 qua m t chu k soliton b ng vi c v th hnh d ng xung |u( \ ,X )| 2 (hng trn) v s d ch t n (hng d i) c nh ngh a nh l s d ch th i gian c a pha soliton. Ch soliton c b n v n khng c s d ch t n (chirp-free) trong su t qu trnh lan truy n trong khi duy tr hnh d ng xung c a n.</p> <p>Hnh 1.2. Ti n trnh c a cc soliton b c m t (c t tri) v cc Soliton b c 3 (c t ph i) qua m t chu k soliton. Hng trn v hng d i t ng ng bi u di n hnh d ng xung v d ng chirp c a n.</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>6</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>Ta c th gi i tr c ti p cc soliton c b n t ph ng trnh (1.9) m khng s d ng ph ng php tn x ng c. Gi thi t r ng m t soliton c d ng: u( \ ,X )=V( X )exp[i J (\ ,X ) ] (1.11) V(X ) khng ph thu c vo \ ph ng trnh (1.9) trnh by l i m t soliton c b n m duy tr hnh d ng c a n trong su t qu trnh lan truy n. Pha J c th ph thu c vo c \ v X . Thay (1.11) vo (1.9) v J (\ ,X ) =K \ v i K=const. Ta c:1 x 2V (X ) . exp(iJ ) V 3 (X ) exp(iJ ) ! 0 iV (X )iK exp(iJ ) 2 2 xX 1 x 2V V 3 ! 0 KV 2 2 xX x 2V ! 2V ( K V 2 ) 2 xX xV 2 4 ! 2 KV V C v i C=const xt 2</p> <p>(1.12)</p> <p>(1.13)</p> <p>V ta c: LimV =0 v LimX pg X pg</p> <p>xV ! 0 nn C=0. T i xX</p> <p>nh soliton c V ! 1 v</p> <p>xV ! 0 suy ra (2K-1)=0 suy ra K=1/2 xXJ ! 1 xV 2 4 \ ! V V 2 xX xV 1V 2 1 1 1 V 2 ln 2 1 1V 2 2</p> <p>X !</p> <p>V</p> <p>!</p> <p>V !</p> <p>2e X 2 ! X ! sec h X 2X e 1 e e X</p> <p> u \ , X ! sec h expi\ / 2 X</p> <p>(2.14)</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>7</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>Ph ng trnh (1.14) cho th y xung u vo thu c m t s d ch pha \ /2 khi n lan truy n trong s i nh ng bin khng thay i. y chnh l thu c tnh quan tr ng c a soliton c b n, lm cho n tr nn l t ng v i cc h th ng truy n thng quang. 1.4.2 Ti n trnh soliton M t thu c tnh quan tr ng c a soliton l chng r t n nh, ch ng l i s nhi u lo n. B i v y, th m ch qua soliton c b n yu c u m t hnh d ng ring v cng su t nh th a mn 1= K P0LD, n c ng c th c t o ra ngay c khi cng su t nh l ch kh i i u ki n l t ng. Hnh v sau m t ti n trnh c a m t xung Gauss vo v i cc gi tr : N=1, u(0, X )= exp(X2 ) 2</p> <p>Hnh 1.3. Ti n trnh c a m t xung Gauss v i N=1 qua m t kho ng \ ! 0 10 . Xung ti n tri n d n thnh m t soliton c b n b ng vi c thay i hnh d ng, r ng v cng su t nh c a n. Nh v y xung s a hnh d ng v r ng c a n tr thnh m t soliton c b n v t c hnh d ng c a m t hm sech v i \ "" 1 . Soliton b c N c ng c th c hnh thnh khi n n m trong kho ng N-1/2 n N+1/2. C th , soliton c b n c th c t o ra v i N (0.5, 1.5). Hnh v sau bi u di n ti n trnh m t xung u vo c N=1.2 qua \ ! 0 p 10 b ng vi c gi i r ng ph ng trnh NSE b ng s v i i u ki n u vo u(0, X )=1,2sech( X ).</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>8</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>xung v cng su t nh dao ng ban u nh ng cu i cng tr nn n nh sau khi xung u vo t s a th a mn i u ki n N=1 trong ph ng trnh (1.8).</p> <p>Hnh 1.4. Ti n trnh xung c a m t xung sech v i N=1,2 qua kho ng \ ! 0 10 .Xung ti n tri n thnh m t soliton c b n (N=1) b ng vi c s a r ng v cng su t nh c a n. Nhn chung m t s l ch nh t i u ki n l t ng khng gy nguy h i n s lan truy n soliton v xung u vo c th s a cc tham s c a n hnh thnh siliton c b n. M t ph n n ng l ng xung b m t trong su t qu trnh thch ng pha ng d i d ng sng tn s c. Ta c th gi m thi u nh h ng c a sng tn s c n hi u n ng h th ng b ng vi c thch ng i u ki n u vo g n v i i u ki n l t ng nh t c th . 1.4.3 Soliton t i (Dark soliton) Hm NSE c th c gi i b ng ph ng php tn x ng c ngay c trong tr ng h p tn s c bnh th ng. D n c ng c a k t qu a ra m t d c trong n n ng b v d c ny khng thay i trong qu trnh lan truy n trong s i. Nh ng nghi m nh v y c a NSE c g i l soliton t i. M c d c khm ph nh ng n m 1970 song ch m i g n y n m i c nghin c u hon ton. Hm u vo u(0, X )=tanh( X ) V F 2 " 0 nn hm sng c d ng: ixu 1 x 2 u | u |2 u ! 0 2 x\ 2 xX</p> <p>Gi s : u (\ ,X ) ! V (X ) exp?iJ (\ ,X )A V J (\ ,X ) ! K\ Ta c:</p> <p>(1.15)</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>9</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>1 x 2V (X ) iV (X )iK exp(iJ ) exp(iJ ) V 2 (X )V (X ) exp(iJ ) ! 0 2 2 xX KV 1 x 2V V 3! 0 2 2 xX</p> <p>x 2V ! 2V ( K V 2 ) 2 xX2</p> <p> xV 4 2 ! V 2 KV C xX </p> <p>C=const T i nh soliton c V=0,X pg X pg</p> <p>xV ! 0C ! 0. xX</p> <p>V Lim V ! 2u 0 , Lim</p> <p>xV 2 ! 0 ( 2u 0 ) 4 2( 2u 0 ) 2 K ! 0 K ! u 0 xX</p> <p>Suy ra nghi m chung c d ng: 2 u d (\ ,X ) ! (L tanh : iO ) exp(iu 0 \ ) (1.16) (1.17) V i : ! L (X O\ ),L ! u 0 cos J , O ! u 0 sin J c a n n sng lin t c (CW: continuous wave) u 0 l bin J l gc pha trong (0&lt; J &lt; T / 2 ) L, O bin v v n t c c a soliton t i. Soliton t i c m t i m khc c b n v i soliton sng l v n t c O c a soliton t i ph thu c vo bin L c a n qua gc pha trong J . 2 y J ! 0 u d (\ ,X ) ! (L tanh u 0X ) exp(iu 0 \ ) u d (\ ,0) ! 0 t c l cng su t soliton gi m xu ng b ng khng trung tm c a d c (nh ng soliton nh v y g i l soliton t i). y J { 0 , c ng khng gi m xu ng 0 trung tm c a d c ( nh ng soliton nh v y g i l soliton xm) phn bi t cc soliton. Tham s en B= cos J Khc v i soliton sng c pha khng i, pha c a soliton t i thay i qua r ng c a n.</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>10</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>1.00</p> <p>Power</p> <p>0.75</p> <p>ud</p> <p>2</p> <p>0.50</p> <p>0.25</p> <p>0.00 -4 -2 0 Time (a)</p> <p>3T 8 Phase T (rad) J! 4 J ! T /8 J!0 J! X2 4</p> <p>1 .00 0</p> <p>J !0 J ! T /8</p> <p>-1</p> <p>J !T /4 J ! 3T / 8-4 -2 0 Time (b) 2 4</p> <p>X</p> <p>Hnh 1.5. D ng c</p> <p>ng</p> <p>(a) v phase (b) c a cc soliton t i v i cc gi tr J khc nhau.</p> <p>V i soliton t i ( J =0) x y ra m t s dich pha T trung tm d c. V i cc gi tr J khc, pha thay i m t l ng T -2 J . Soliton t i c ch ng minh qua th c nghi m b ng vi c s d ng cc xung quang r ng t ng i v i m t d c h p gi a xung. S m ph ng b ng s cho th y r ng trung tm d c c th lan truy n nh m t soliton t i ngay c khi n n khng ng b mi n l c ng n n ng d ng trong kho ng c a d c. Soliton t i b c cao khng cho php m t d ng ti n tri n hon ton sau m i chu k nh soliton sng b c cao. V i N&gt;1, xung u vo hnh thnh m t soliton t i c b n b ng vi c thu h p r ng c a n trong qu trnh pht ra nhi u c p soliton t i. C th t o ra cc c p soliton t i b ng nhi u cch khc nhau nh s d ng giao thoa k Mach-Zender, chuy n i phi tuy n tn hi u beat trong s i gi m tn s c v chuy n i m t tn hi u m NRZ thnh tn hi u RZ, sau thnh cc soliton t i. N m 1995 trong m t th nghi m tn hi u 10Gb/s truy n qua 1200km b ng vi c s d ng cc soliton t i. Do tnh khng i x ng c a cc soliton t i xu t pht t p ng th i gian c a m ch i n t o ra chng lm h n ch kho ng cch truy n d n. V v y chng t c s d ng h n cc soliton sng trong cc h th ng quang th c t .</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>11</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>CH</p> <p>NG II: H TH NG TRUY N D N SOLITON</p> <p>2.1 H th ng truy n d n soliton Trong nh ng n m g n y, k thu t thng tin quang c a vo khai thc trn m ng vi n thng p ng nhu c u gia t ng cc d ch v Vi n thng ngy cng phong ph v hi n i c a nhn lo i. Truy n thng soliton quang qua qu trnh nghin c u lu di c th a nh n l m t k thu t tin ti n gip t ng dung l ng v tnh m m d o c a cc c tnh truy n thng ang t n t i, p ng nhu c u truy n d n cao v ng di. Tuy nhin vi c s d ng n yu c u nh ng thay i c n thi t trong thi t k h th ng so v i h th ng khng soliton thng th ng. Trong ph n ny chng ta s tm hi u cc v n . 2.1.1 M hnh h th ng chung C ng nh h th ng thng tin quang thng th ng, h th ng soliton thng th ng bao g m ph n pht, knh truy n d n v ph n thu c m t nh sau:</p> <p>u vo</p> <p>B pht quang</p> <p>Knh truy n d n</p> <p>B thu quang</p> <p>u ra</p> <p>Hnh 2.1. M hnh chung c a h th ng truy n d n soliton My pht quang l m t diode laser i u ch cc xung quang tr c ti p, v v y s l ch t n u ra laser l khng ng k . Tn hi u u vo l cc bit 0 ho c 1, m i bit 1 l m t soliton c b n. Knh truy n d n l cc o n s i quang n mode, m i o n theo sau l m t b khuy ch i quang s i EDFA dng b suy hao s i, tuy nhin l i sinh ra nhi u pht x t pht c khuy ch i ASE (amplified spontaneous emission) lm nh h ng n ch t l ng truy n d n. B thu quang bao g m m t photodiode, m t b l c i n v m t b l c quang. Tn hi u quang thu th ng c chuy n i tr c ti p thnh tn hi u i n. Cc b l c quang t tr c photodiode lm gi m nhi u ASE do cc b khuy ch i a ra.</p> <p>-</p> <p>-</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>12</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>2.1.2 Truy n thng tin v i cc soliton Trong h th ng thng tin quang, m NRZ th ng c s d ng truy n d n thng tin v r ng b ng t n tn hi u c a n nh h n kho ng 50% so v i m RZ. Tuy nhin trong truy n d n soliton, m NRZ khng c s d ng v r ng soliton ph i l m t ph n nh c a khe bit ch c ch n r ng cc soliton ln c n nhau c tch ring. m b o kh n ng lan truy n khng mo, cc soliton ph i c d ng sech nh hm (1.13). Tuy nhin, nghi m soliton ny ch ng khi n chi m gi ton b c a s th i gian t X p g . Gi tr ny c th c mb o g n ng cho m t dy soliton ch khi cc soliton ring c t cch ly. V v y ng i ta s d ng m RZ m ha thng tin trong truy n d n soliton. Yu c u ny c dng bi u di n m i quan h gi a r ng soliton (T0) v t c bt (B):B! 1 1 ! TB 2q0T0</p> <p>(2.1)</p> <p>Trong : Tb l 2q0 =</p> <p>r ng khe bitTB l kho ng cch gi a 2 soliton ln c n. T0</p> <p>Hnh v sau m t dy bit soliton</p> <p>d ng m RZ:Soliton</p> <p>TB</p> <p>1</p> <p>1</p> <p>0</p> <p>1</p> <p>0</p> <p>1</p> <p>Hnh 2.2. Dy bit soliton m RZ. M i soliton chi m m t ph n nh c a khe bit sao cho cc soliton ln c n c t xa nhau Trong n v v t l bin c a xung l:t ) T0 F2 KT02</p> <p>A(0,t)= P0 sec h( P0 l cng su t nh tha mn i u ki n:1 ! KP0 LD P0 !</p> <p>(2.2)</p> <p>(2.3)</p> <p>r ng soliton l:</p> <p>y</p> <p>n a gi tr max (FWHM: full width at half maximum) c a</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>13</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>TS=2T0ln( 1 2 ) } 1.763T0 N ng l ng xung c a soliton c b n thug</p> <p>(2.4)</p> <p>c l: (2.5)</p> <p>ES=</p> <p>g</p> <p> A(0, t )</p> <p>2</p> <p>dt ! 2P0T0</p> <p>N u gi thi t s bit 1 v 0 x y ra b ng nhau, cng su t trung bnh c a tn hi u RZ l:PS =ES( P B B )= 2 P0T0 ! 0 2 2 2q 0</p> <p>(2.6)</p> <p>2.1.3 T</p> <p>ng tc soliton</p> <p>Kho ng cch TB gi a cc xung ln c n xc nh t c bit B c a h th ng truy n thng (B=1/TB). V n t ra l cc soliton t g n nhau nh th no m khng gy ra s t ng tc l n nhau gi a chng. Nhi u nghin c u ch ng t r ng t ng tc soliton khng ch ph thu c vo kho ng cch 2q0 gi a cc soliton ln c n m cn ph thu c vo pha v bin t ng i c a 2 soliton. N u cc gi tr ny khng c l a ch n ng, m t s va ch m tu n hon gi a cc soliton s x y ra. Ta c th gi i hm NSE bao hm c s t ng tc soliton v i i u ki n xung u vo g m m t c p soliton: u (0, t ) ! sec h(X q 0 ) r sec h?r (X q 0 )Aexp(iU ) (2.7) V i r : bin t ng i c a 2 soliton U : pha t ng i gi a 2 soliton ln c n 2q0 : kho ng cch ban u c a 2 soliton - V i r=1 (Cc soliton c bin b ng nhau) yU ! 0 : Cc soliton ht nhau sao cho chng va ch m nh k theo chi u di s i. y U ! T / 4 : Ban u cc soliton hut nhau r i l i tch kh i nhau. y nhau ngy cng m nh khi kho ng cch lan y U ! T / 2 : Cc soliton truy n t ng. Khi thi t k h th ng i u ny th khng th ch p nh n c. N c th t o ra jitter th i gian n c a cc soliton v nh h ng n hi u n ng h th ng. M t cch trnh t ng tc soliton l t ng kho ng cch soliton l n l ch v v tr soliton nh sao cho cc soliton v n v tr g c trong khe bit khi truy n d n qua kho ng cch l n.</p> <p>L p H09VT9 Nhm 5</p> <p>14</p> <p>Chuyn</p> <p>Thng Tin Quang</p> <p>ti: Cng Ngh Quang Soliton</p> <p>Hnh 2.3. Ti n trnh m t c p soliton qua 90 l n chi u di tn s c c s t ng tc soliton v i kho ng cch b c ban u q0=3.5 trong t t c b n tr ng h p. Khi q0&gt;&gt;1 trong tr ng h p c bi t r=1, U =0 (t c u(0,t)=sech( X q0 )+sech( X q 0 )), k...</p>

Recommended

View more >