Luận văn thạc sĩ về ứng dụng khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn WDM tại Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ trình bày nghiên cứu ứng dụng khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn quang WDM, góp phần nâng cao hiệu suất truyền tải dữ liệu.

• Tác giả: Nguyễn Hữu Sơn
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Quốc Trung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Truyền Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Khuếch Đại Quang Sợi Trong Truyền Dẫn Quang WDM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
• 1.1. Quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang
• 1.2. Tổng quan về công nghệ WDM
• 1.3. Quá trình phát triển mạng truyền dẫn
• 1.4. Các giá trị của OC-N và STM-M
• 1.5. Công nghệ WDM
• 2. CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI
• 3. CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TÍNH, THAM SỐ KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI EDFA
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn WDM

Nghiên cứu khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn WDM là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ thông tin quang. Công nghệ này cho phép truyền dẫn dữ liệu với tốc độ cao và khoảng cách xa mà không bị suy giảm tín hiệu. Khuếch đại quang sợi, đặc biệt là khuếch đại quang sợi pha tạp chất Erbium (EDFA), đã trở thành một phần không thể thiếu trong các hệ thống truyền dẫn quang hiện đại. Việc áp dụng công nghệ WDM giúp tăng cường dung lượng truyền dẫn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về băng thông trong các mạng viễn thông.

1.1. Khái niệm về khuếch đại quang sợi và WDM

Khuếch đại quang sợi là công nghệ sử dụng sợi quang để khuếch đại tín hiệu quang mà không cần chuyển đổi sang tín hiệu điện. Wavelength Division Multiplexing (WDM) là công nghệ cho phép truyền đồng thời nhiều bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang, từ đó tăng cường dung lượng truyền dẫn. Sự kết hợp giữa hai công nghệ này đã mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành viễn thông.

1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ khuếch đại quang sợi

Công nghệ khuếch đại quang sợi đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển. Từ những năm 1960, khi laser được phát minh, đến những năm 1990, khi EDFA được ứng dụng rộng rãi, công nghệ này đã có những bước tiến vượt bậc. Sự phát triển của WDM trong những năm gần đây đã giúp tối ưu hóa khả năng truyền dẫn của các hệ thống thông tin quang.

II. Thách thức trong nghiên cứu khuếch đại quang sợi và truyền dẫn WDM

Mặc dù công nghệ khuếch đại quang sợi và WDM mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức cần được giải quyết. Các vấn đề như tán sắc, suy hao tín hiệu và nhiễu vẫn là những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Việc tối ưu hóa các tham số kỹ thuật và phát triển các giải pháp mới là cần thiết để nâng cao hiệu quả truyền dẫn.

2.1. Vấn đề tán sắc trong truyền dẫn quang

Tán sắc là hiện tượng làm biến dạng tín hiệu quang khi truyền qua sợi quang. Điều này có thể dẫn đến việc giảm chất lượng tín hiệu và tăng tỷ lệ lỗi. Các giải pháp như sử dụng sợi quang bù tán sắc hoặc điều chỉnh tán sắc là cần thiết để khắc phục vấn đề này.

2.2. Suy hao tín hiệu và ảnh hưởng của nhiễu

Suy hao tín hiệu là một trong những thách thức lớn trong truyền dẫn quang. Nhiễu cũng có thể làm giảm chất lượng tín hiệu. Việc sử dụng các bộ khuếch đại quang sợi và công nghệ WDM giúp bù đắp cho suy hao và giảm thiểu nhiễu, nhưng vẫn cần nghiên cứu thêm để cải thiện hiệu suất.

III. Phương pháp nghiên cứu khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn WDM

Để nghiên cứu hiệu quả khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn WDM, cần áp dụng các phương pháp khoa học hiện đại. Việc mô phỏng và phân tích các tham số kỹ thuật của hệ thống là rất quan trọng. Các nghiên cứu thực nghiệm cũng giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống.

3.1. Mô phỏng và phân tích hệ thống truyền dẫn quang

Mô phỏng hệ thống truyền dẫn quang giúp đánh giá hiệu suất của các công nghệ khuếch đại quang sợi và WDM. Các phần mềm mô phỏng hiện đại cho phép phân tích các tham số như độ lợi, công suất và tỷ lệ lỗi, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu.

3.2. Nghiên cứu thực nghiệm về khuếch đại quang sợi

Nghiên cứu thực nghiệm là một phần quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của khuếch đại quang sợi. Các thí nghiệm được thực hiện trên các hệ thống truyền dẫn thực tế giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu và hiệu suất truyền dẫn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn WDM

Khuếch đại quang sợi và công nghệ WDM đã được ứng dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông hiện đại. Các hệ thống này không chỉ đáp ứng nhu cầu truyền dẫn dữ liệu lớn mà còn đảm bảo chất lượng dịch vụ cao. Việc triển khai các giải pháp này đã giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của các mạng viễn thông.

4.1. Ứng dụng trong mạng viễn thông

Công nghệ khuếch đại quang sợi và WDM được sử dụng trong các mạng viễn thông để tăng cường dung lượng và chất lượng truyền dẫn. Các nhà mạng đã áp dụng công nghệ này để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về băng thông và dịch vụ.

4.2. Kết quả nghiên cứu và triển khai

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng khuếch đại quang sợi và WDM đã mang lại những kết quả tích cực. Các hệ thống truyền dẫn đã đạt được tốc độ cao và khoảng cách truyền dẫn xa, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của các mạng viễn thông.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn WDM

Nghiên cứu khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn WDM đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành viễn thông. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, các giải pháp mới sẽ được nghiên cứu và triển khai để nâng cao hiệu suất và chất lượng dịch vụ. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều đột phá trong lĩnh vực truyền dẫn quang.

5.1. Hướng phát triển công nghệ khuếch đại quang sợi

Công nghệ khuếch đại quang sợi sẽ tiếp tục phát triển với sự ra đời của các giải pháp mới. Việc nghiên cứu các loại sợi quang mới và các phương pháp khuếch đại hiệu quả sẽ giúp nâng cao hiệu suất truyền dẫn.

5.2. Tương lai của truyền dẫn WDM

Truyền dẫn WDM sẽ tiếp tục là một phần quan trọng trong các mạng viễn thông hiện đại. Sự phát triển của công nghệ này sẽ giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về băng thông và chất lượng dịch vụ trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và viễn thông thế kỷ 21, nhu cầu về dung lượng truyền dẫn ngày càng tăng cao, đặc biệt trong các mạng truyền dẫn quang. Theo ước tính, các hệ thống truyền dẫn quang hiện đại có thể đạt tốc độ truyền dẫn lên đến hàng trăm Gbps, thậm chí Tbps, đáp ứng nhu cầu dịch vụ đa phương tiện và Internet băng rộng. Tuy nhiên, giới hạn về khoảng cách truyền dẫn do suy hao tín hiệu và tán sắc trong sợi quang vẫn là thách thức lớn. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng công nghệ khuếch đại quang sợi, đặc biệt là bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium (EDFA), trong hệ thống truyền dẫn quang WDM nhằm kéo dài khoảng cách truyền dẫn và nâng cao dung lượng mạng. Nghiên cứu tập trung trong giai đoạn từ năm 2013 đến 2014, tại môi trường mạng truyền dẫn quang WDM, với phạm vi phân tích các đặc tính kỹ thuật, tham số và ứng dụng của EDFA trong truyền dẫn quang. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cải thiện các chỉ số như hệ số khuếch đại đạt 15-40 dB, công suất đầu ra bão hòa từ 10 đến 17 dBm, và hệ số tạp âm thấp khoảng 3-4 dB, góp phần nâng cao hiệu quả truyền dẫn, giảm chi phí bảo trì và tăng tính ổn định của mạng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: nguyên lý phát xạ kích thích trong khuếch đại quang và mô hình truyền dẫn quang WDM. Nguyên lý phát xạ kích thích giải thích cơ chế khuếch đại tín hiệu quang trong các vật liệu pha tạp như Erbium, dựa trên sự chuyển đổi năng lượng của các ion Er3+ trong sợi quang. Mô hình truyền dẫn WDM cho phép ghép nhiều bước sóng quang trên cùng một sợi, tăng dung lượng truyền dẫn mà không cần tăng tốc độ từng kênh. Ba khái niệm chuyên ngành quan trọng được sử dụng gồm: hệ số khuếch đại (Gain), công suất đầu ra bão hòa (Saturation Output Power), và hệ số tạp âm (Noise Figure). Ngoài ra, các mô hình cấu trúc EDFA bơm cùng chiều, ngược chiều và hai chiều được phân tích để đánh giá hiệu quả khuếch đại.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng kỹ thuật từ các hệ thống truyền dẫn quang WDM có ứng dụng EDFA. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các thông số kỹ thuật của EDFA như công suất bơm, chiều dài sợi pha tạp Erbium, và các đặc tính tạp âm được thu thập từ các thiết bị thực tế và mô hình lý thuyết. Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn các cấu hình EDFA phổ biến trên thị trường với các bước sóng bơm 980 nm và 1480 nm để so sánh hiệu suất. Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phương pháp mô hình hóa toán học các tham số khuếch đại, tính toán hệ số tạp âm và công suất bão hòa, kết hợp với phân tích so sánh hiệu quả của các cấu trúc bơm khác nhau. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2013-2014, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hệ số khuếch đại EDFA đạt từ 15 đến 40 dB tùy thuộc vào nồng độ pha Erbium và công suất bơm quang. Khi nồng độ Er3+ vượt quá mức cho phép, tăng ích giảm do hiện tượng tiêu hao quang tích tụ.
2. Công suất đầu ra bão hòa của EDFA dao động từ 10 đến 17 dBm, tăng theo công suất bơm và chiều dài sợi pha tạp. Công suất bơm 980 nm cho hiệu suất bão hòa cao hơn so với 1480 nm khoảng 1-2 dB.
3. Hệ số tạp âm NF của EDFA đạt mức thấp nhất khoảng 3-4 dB, gần với giới hạn lượng tử, đặc biệt khi bơm ở bước sóng 980 nm. Hệ số tạp âm tăng nhẹ khi công suất tín hiệu đầu vào lớn hoặc khi EDFA hoạt động ở vùng bão hòa.
4. So sánh các cấu trúc bơm EDFA, bơm hai chiều và ngược chiều cho công suất đầu ra và hiệu suất cao hơn bơm cùng chiều, tuy nhiên chi phí và độ phức tạp cũng tăng theo.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các kết quả trên là do cơ chế phát xạ kích thích trong sợi quang pha tạp Erbium, trong đó trạng thái nghịch đảo mật độ hạt được duy trì nhờ bơm quang hiệu quả. Việc lựa chọn bước sóng bơm 980 nm giúp đạt nghịch đảo hoàn toàn, giảm tạp âm ASE và nâng cao hiệu suất khuếch đại. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trong ngành, khẳng định ưu thế của EDFA trong truyền dẫn quang WDM so với các loại khuếch đại khác như SOA hay Raman. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa công suất bơm và công suất đầu ra bão hòa, cũng như sự thay đổi hệ số tạp âm theo công suất tín hiệu, sẽ minh họa rõ nét hiệu quả của các cấu trúc bơm. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các tuyến truyền dẫn quang dài, giảm số lượng trạm lặp và chi phí vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường sử dụng EDFA bơm hai chiều trong các tuyến truyền dẫn WDM nhằm tối ưu công suất đầu ra và giảm tạp âm, dự kiến triển khai trong vòng 12 tháng, do các nhà cung cấp thiết bị viễn thông thực hiện.
2. Kiểm soát nồng độ pha Erbium trong sợi quang ở mức tối ưu (khoảng 0.1%) để tránh hiện tượng tiêu hao quang, đảm bảo tăng ích khuếch đại ổn định, áp dụng trong quá trình sản xuất sợi quang.
3. Ưu tiên sử dụng bước sóng bơm 980 nm cho EDFA để đạt hiệu suất tạp âm thấp nhất, giảm thiểu ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu, áp dụng trong thiết kế hệ thống mới và nâng cấp hệ thống hiện có.
4. Phát triển hệ thống giám sát và điều khiển công suất bơm tự động nhằm duy trì trạng thái nghịch đảo mật độ hạt ổn định, giảm thiểu biến động tạp âm và tăng độ tin cậy mạng, triển khai trong 18 tháng tới bởi các đơn vị vận hành mạng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và nhà thiết kế mạng viễn thông quang: Nghiên cứu giúp hiểu sâu về đặc tính kỹ thuật và ứng dụng EDFA trong hệ thống WDM, hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế mạng truyền dẫn.
2. Nhà sản xuất thiết bị quang viễn thông: Cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các bộ khuếch đại quang sợi với hiệu suất cao, giảm tạp âm và tăng công suất đầu ra.
3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật truyền thông: Tài liệu tham khảo chuyên sâu về công nghệ khuếch đại quang, giúp nâng cao kiến thức và phục vụ nghiên cứu khoa học.
4. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách viễn thông: Hiểu rõ tiềm năng và giới hạn công nghệ truyền dẫn quang hiện đại, từ đó đưa ra các quyết định đầu tư và phát triển hạ tầng phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. EDFA là gì và tại sao nó quan trọng trong truyền dẫn quang WDM?
   EDFA là bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium, giúp khuếch đại tín hiệu quang trực tiếp mà không cần chuyển đổi sang tín hiệu điện. Nó quan trọng vì kéo dài khoảng cách truyền dẫn và tăng dung lượng mạng WDM hiệu quả.

2. So sánh ưu nhược điểm của EDFA và SOA?
   EDFA có băng tần rộng, công suất đầu ra cao (10-17 dBm), hệ số tạp âm thấp (~3-4 dB), phù hợp cho truyền dẫn dài. SOA nhỏ gọn nhưng công suất đầu ra thấp (<10 dBm), tạp âm cao hơn và nhạy cảm với phân cực ánh sáng.

3. Tại sao bước sóng bơm 980 nm được ưu tiên sử dụng?
   Bước sóng 980 nm giúp đạt trạng thái nghịch đảo mật độ hạt hoàn toàn trong sợi pha tạp Erbium, giảm tạp âm ASE và nâng cao hiệu suất khuếch đại, đạt gần giới hạn lượng tử của hệ số tạp âm.

4. Chiều dài sợi pha tạp Erbium ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất EDFA?
   Chiều dài sợi tăng sẽ làm tăng hệ số khuếch đại đến một mức tối ưu, sau đó giảm do tiêu hao quang tích tụ. Do đó, cần chọn chiều dài tối ưu để đạt hiệu suất cao nhất.

5. Làm thế nào để giảm tạp âm trong hệ thống truyền dẫn quang sử dụng EDFA?
   Có thể giảm tạp âm bằng cách sử dụng bơm quang hiệu quả (bước sóng 980 nm), thiết kế cấu trúc bơm hai chiều, sử dụng bộ lọc quang để loại bỏ bức xạ tự phát ASE và duy trì trạng thái nghịch đảo mật độ hạt ổn định.

Kết luận

• EDFA là công nghệ khuếch đại quang hiệu quả, giúp tăng hệ số khuếch đại từ 15 đến 40 dB và công suất đầu ra bão hòa lên đến 17 dBm trong hệ thống truyền dẫn quang WDM.
• Hệ số tạp âm của EDFA có thể đạt mức thấp nhất khoảng 3-4 dB, gần với giới hạn lượng tử, đặc biệt khi sử dụng bơm 980 nm.
• Cấu trúc bơm hai chiều và ngược chiều cho hiệu suất khuếch đại và công suất đầu ra cao hơn so với bơm cùng chiều, tuy nhiên chi phí và độ phức tạp cũng tăng.
• Việc kiểm soát nồng độ pha Erbium và chiều dài sợi pha tạp là yếu tố then chốt để tối ưu hiệu suất EDFA.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai ứng dụng EDFA bơm hai chiều trong mạng WDM thực tế, phát triển hệ thống giám sát công suất bơm tự động và nghiên cứu mở rộng công nghệ khuếch đại quang cho mạng toàn quang.

Hành động ngay: Các đơn vị viễn thông và nhà nghiên cứu nên áp dụng các giải pháp tối ưu EDFA để nâng cao hiệu quả truyền dẫn quang, đồng thời tiếp tục nghiên cứu phát triển công nghệ khuếch đại mới nhằm đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng tăng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Thế kỷ 21, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin nói chung và kỹ thuật viễn thông nói riêng. Truyền thông đa phƣơng tiện, nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển rất nhanh dẫn đến yêu cầu ngày một cao đối với việc tăng dung lƣợng truyền dẫn. Cùng với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch, công nghệ truyền dẫn cũng đạt đƣợc những thành tựu to lớn, đặc biệt là công nghệ truyền dẫn bằng cáp sợi quang. Cáp sợi quang đƣợc sử dụng rộng rãi trong mạng viễn thông và đƣợc coi là một môi trƣờng truyền dẫn lý tƣởng mà không một môi trƣờng truyền dẫn nào có thể thay thế.

Với ƣu điểm băng thông rộng, cự li truyền dẫn xa, không bị ảnh hƣởng của nhiễu và khả năng bảo mật cao, hệ thống thông tin quang phù hợp với các tuyến thông tin xuyên lục địa, các tuyến đƣờng trục, trung kế với các cấu trúc linh hoạt, đáp ứng các nhu cầu dịch vụ hiện tại và tƣơng lai. Với sự tiến bộ vƣợt bậc của khoa học kỹ thuật, gần đây đã thực hiện thành công việc khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang mà không cần phải thông qua bất kỳ một quá trình biến đổi về điện nào. Kỹ thuật này cho phép khắc phục đƣợc nhiều hạn chế của trạm lặp nhƣ: hạn chế về băng tần truyền dẫn, cấu trúc phức tạp, chi phí lớn… đã làm cho kỹ thuật truyền dẫn trên cáp sợi quang càng tỏ rõ tính ƣu việt. Nhận thức đƣợc tầm quan trọng cũng nhƣ ý nghĩa to lớn của khuếch đại quang sợi, dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.

Nguyễn Quốc Trung, em đã tập trung nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng dụng khuếch đại quang sợi trong truyền dẫn quang WDM”. Những kết quả đạt đƣợc trong đề tài là tiền đề để tiếp tục những nghiên cứu sâu, rộng hơn nhằm đƣa đến những ứng dụng trong thực tế. Nội dung luận văn tốt nghiệp gồm các chƣơng sau  Chƣơng I: Tổng quan hệ thống thông tin quang.  Chƣơng II: Các công nghệ khuếch đại quang sợi.

 Chƣơng III: Phân tích các đặc tính, tham số kỹ thuật và ứng dụng của bộ khuếch đại quang sợi EDFA.  Chƣơng IV: Kết luận. 10 CHƢƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 1. Quá trình phát triển của hệ thống thông tin quang.

Hệ thống thông tin quang cũng nhƣ các hệ thống thông tin khác, thành phần cơ bản của hệ thống đều tuân thủ theo một hệ thống thông tin chung. Tín hiệu truyền đƣợc phát vào môi trƣờng truyền dẫn và đầu thu sẽ thu lại tín hiệu cần truyền. Môi trƣờng truyền dẫn của hệ thống thông tin quang ở đây chính là sợi quang, sợi quang thực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệu thông tin từ phía phát tới phía nhận. Năm 1960, laser đƣợc sử dụng làm nguồn phát quang đã mở ra một thời kỳ mới có ý nghĩa to lớn trong lịch sử kỹ thuật thông tin sử dụng ánh sáng để truyền thông tin.

Thông tin bằng tia laser truyền qua không gian nhƣng bị ảnh hƣởng của thời tiết, máy phát và phải nhìn thấy nhau…nên việc sử dụng bị hạn chế. Năm 1962 xuất hiện laser bán dẫn và cùng với nó, sợi quang đƣợc chế tạo đầu tiên vào năm 1970 làm cho thông tin quang trở thành hiện thực. Ánh sáng từ laser bán dẫn đƣợc ghép vào sợi quang và truyền trong sợi quang theo nguyên lý phản xạ toàn phần nên đã khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của thông tin bằng tia laser. Laser bán dẫn GaAs/GaAlAs phát ở vùng hồng ngoại gần 0.8μm đã đƣợc chế tạo và sử dụng cho thông tin quang sợi trong nhƣng năm 1970.

Thập kỷ 80 của thế kỷ trƣớc các hệ thống thông tin quang thế hệ đầu tiên (tốc độ 45 Mbps, khoảng cách lặp 10 km) và hệ thống thông tin quang thế hệ thứ hai sử dụng laser 1310 nm đƣợc đƣa vào hoạt động. Thời gian đầu, tốc độ chỉ đạt 100Mb/s do tán sắc sợi đa mode, khi sợi đơn mode đƣợc đƣa vào sử dụng, tốc độ đƣợc tăng lên rất cao. Năm 1987, hệ thống thông tin quang 1310 nm có tốc độ 1.7 Gbps với khoảng cách lặp 50 km đã có mặt trên thị trƣờng. 11 Thế hệ thứ ba của các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bƣớc sóng 1.5 Gbps, khoảng cách lặp 60 ÷ 70 km.

Khi sử dụng các loại sợi quang bù tán sắc và làm phẳng tán sắc, khoảng cách lặp sẽ đƣợc tăng cao. Thế hệ thứ tƣ của hệ thống thông tin quang là sử dụng khuếch đại quang sợi để kéo dài khoảng cách lặp đồng thời ghép nhiều bƣớc sóng trong một sợi quang để tăng tốc độ truyền dẫn trong sợi quang. Khuếch đại quang sợi pha tạp chất Erbium (EDFA) có khả năng bù công suất cho suy hao quang trong khoảng cách lớn hơn 100km. Hệ thống thông tin quang có EDFA đƣợc thử nghiệm truyền tín hiệu số tốc độ 2.5 Gbps ở khoảng cách 21.000 km và 5 Gbps ở khoảng cách 14.300 km đầu tiên vào năm 1991.

Năm 1996 hệ thống thông tin quang quốc tế dƣới biển đã đƣợc lặp đặt, năm 1997 đƣờng cáp quang vòng quanh thế giới dƣới biển dài 27.300 km đƣợc đƣa vào hoạt động kết nối nhiều nƣớc ở châu Âu, châu Á với tốc độ 5  10 Gbps. Công nghệ ghép nhiều bƣớc sóng trên một sợi quang (WDM) làm tăng dung lƣợng truyền dẫn một cách đáng kể. Năm 1996 đã thử nghiệm tuyến truyền dẫn 20 bƣớc sóng quang với tốc độ của từng bƣớc sóng là 5 Gbps qua khoảng cách 9.100 km, tốc độ của tuyến đã đạt 100 Gbps. Hai hệ thống truyền dẫn tốc độ cao.

12 Thế hệ thứ năm của hệ thống thông tin quang dựa trên cơ sở giải quyết vấn đề tán sắc trong sợi quang. Suy hao trong sợi quang đã đƣợc khuếch đại quang giải quyết rất hoàn hảo nhƣng vấn đề tán sắc vẫn chƣa đƣợc giải quyết. Giải pháp tốt nhất để giải quyết vấn đề tán sắc là sử dụng hiệu ứng Soliton quang, hiệu ứng Soliton quang là hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang, dựa trên cơ sở tƣơng tác bù trừ tán sắc của các thành phần quang trong một xung quang cực ngắn đƣợc truyền trong sợi quang không có suy hao. Năm 1994 hệ Soliton thử nghiệm truyền tín hiệu 10 Gbps qua khoảng cách 35.000 km và 15 Gbps qua khoảng cách 24.

Năm 1996 hệ thống WDM có 7 bƣớc sóng truyền Soliton trên khoảng cách 9.400km với tốc độ 70 Gbps. Hiện nay, mạng thông tin toàn quang đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ nhằm tăng hơn nữa tốc độ thông tin. Các hệ thống thông tin quang đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Chúng đáp ứng đƣợc cả tín hiệu tƣơng tự và số và cho phép truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng, đáp ứng mọi nhu cầu của mạng tích hợp dịch vụ số (ISDN).

Các tuyến cáp quang đã đƣợc lắp đặt trên thế giới với số lƣợng lớn, đủ mọi tốc độ truyền dẫn với các cự ly khác nhau và cấu trúc mạng đa dạng. Nhiều quốc gia lấy cáp quang làm môi trƣờng truyền dẫn chính cho mạng viễn thông, các hệ thống thông tin quang sẽ là mũi đột phá về tốc độ, cự ly truyền dẫn và cấu trúc linh hoạt cho dịch vụ viễn thông cấp cao.2 Tổng quan về công nghệ WDM. Giới thiệu Với việc các dịch vụ thông tin tăng trƣởng ngày càng nhanh, yêu cầu về tốc độ truyền dẫn ngày càng lớn, và chất lƣợng truyền dẫn yêu cầu ngày càng khắt khe hơn. Để thích ứng và thoả mãn các yêu cầu trên, các công nghệ truyền dẫn khác nhau đã đƣợc nghiên cứu, triển khai thử nghiệm và đƣa vào ứng dụng, trong số đó phải kể đến công nghệ TDM, WDM, OTDM, Soliton.

Công nghệ TDM, dung lƣợng hệ thống có thể đạt tới 5 Gbps, tuy nhiên đây cũng là giới hạn dung lƣợng của công nghệ này. Với những gì không đạt đƣợc của 13 hệ thống TDM về mặt dung lƣợng thì hệ thống thông tin quang dựa trên công nghệ WDM lại đáp ứng đƣợc. Hệ thống (mạng) WDM. Công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng quang (WDM - Wavelength Division Multiplexing) là công nghệ truyền đồng thời nhiều bƣớc sóng khác nhau trên một sợi quang, với dung lƣợng trên mỗi bƣớc sóng quang điển hình là 2,5 Gbps.

Số lƣợng ghép thƣờng là 2  16 bƣớc sóng và còn nhiều hơn nữa. Ở phía phát, các bƣớc sóng quang mang thông tin đƣợc ghép trên cùng một sợi quang và đƣợc truyền dẫn tới phía thu. Tại phía thu, các bƣớc sóng ghép đó đƣợc tách ra bằng các bộ tách kênh quang. Trên tuyến truyền dẫn có thể có các bộ khuếch đại quang để bù lại suy hao truyền dẫn, công nghệ này thực sự cho hiệu quả truyền dẫn rất cao mà không quá phức tạp.

Minh họa cho thấy sự hấp dẫn của công nghệ WDM: Băng tần truyền dẫn của sợi quang là rất lớn, chỉ với riêng cửa sổ quang 1550 nm thì dải bƣớc sóng có thể sử dụng là 1500 nm - 1600 nm, tƣơng ứng với dải tần rộng cỡ 15 THz. Sự suy giảm của ánh sáng trong sợi Silic (thạch anh). Sử dụng cho tốc độ truyền dẫn cỡ 10 Gbps thì chỉ cần sử dụng một phần rất nhỏ trong băng tần truyền dẫn này. Có thể thấy dung lƣợng yêu cầu cỡ hàng trăm Gbps là khả thi với hệ thống WDM.

Mặt khác, hệ thống còn rất mềm dẻo khi có các phần tử nhƣ bộ tách ghép quang, bộ nối chéo quang, chuyển mạch quang, các bộ lọc quang thực hiện lựa chọn kênh động hoặc tĩnh… Công nghệ OTDM, truyền dẫn Soliton thì dung lƣợng đƣợc đáp ứng rất tốt nhƣng lại quá phức tạp, do đó giá thành hệ thống lại là vấn đề đáng quan tâm. Vì vậy, truyền dẫn WDM với sự nâng cấp mở rộng dung lƣợng phát triển dịch vụ băng rộng, khai thác triệt để tài nguyên băng thông của sợi quang và thực hiện truyền dẫn thông tin siêu tốc, có ý nghĩa rất quan trọng trong truyền dẫn cáp sợi quang cũng nhƣ trong công nghiệp viễn thông. Thực sự, WDM là một công nghệ đáng đƣợc quan tâm, nghiên cứu và triển khai ứng dụng rộng rãi. Quá trình phát triển mạng truyền dẫn.

Công nghệ mạng truyền dẫn đã chuyển đổi qua các giai đoạn từ tƣơng tự sang số, từ phân cấp số cận đồng bộ (PDH) sang phân cáp số đồng bộ (SDH) và gần đây là từ SDH sang WDM (ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng). Để kế thừa và tƣơng thích hoàn toàn với công nghệ trƣớc (cũ) thì công nghệ chuyển mạch sau (mới) phải thích hợp với công nghệ truyền dẫn trƣớc.