TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM MÔN: THÔNG TIN QUANG Nhóm biên soạn: PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải TS Hoàng Phương Chi KS Ngọ Thị Phượng Họ tên SV:………………………………………………… Mã lớp TN:………………………………………………… Mã số SV:………………………………………………… Lớp:………………………………………………………… Hà Nội: 2016 BÀI 1: MÁY PHÁT – LASER ĐIỀU CHẾ NGOÀI 1.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Bài học hướng dẫn cách tạo máy phátsử dụng Laser điều chế Giúp bạn làm quen với thư viện, tham số, trình biên tập layout, công cụ quan sát Từ làm tảng để thực hiên thí nghiệm 1.2 CÁC BƯỚC THÍ NGHIỆM Mở đầu OptiSys_Design Để bắt đầu OptiSys_Design, từ Taskbar : Start  Programs  OptiSys_Design 1.0  OptiSys_Design Khi tải xong, giao diện đồ họa người dùng OptiSys_Design xuất Hình 1.1 - Giao diện đồ họa người dùng OptiSys_Design Tổng quan Giao diện Những phần giao diện OptiSys_Design gồm Layout Editor, Project Browser Component Library Layout Editor dùng để định vị thành phần khác nhau, biên tập tạo kết nối chúng Project Browserđể tìm vị trí thông qua Dự án tại, cấu Dự án cho kết đạt cách hiệu Component Librarygiúp truy xuất phần tử để dùng cho thiết kế Project Overviewdùng để thu phóng thành phần trênLayout Parameter Groupstổ chức tham sốcủa phần tửtheo cách ,à giúp cho người sử dụng không cần thay đổi cách tham số Bước sóng Lasers phần tử Output Windowhiển thị thông báo sinh trình mô Hình 1.2 - Các thành phần giao diện đồ họa người dùng Sử dụng Component Library Ở ví dụ thiết kế máy phát điều chế Đưa tất phần tử cần thiết từ Component Library OptiSys_Design cung cấp phần tử mặc định • Tạo Dự án mới, từ menu chính, vào File  New • Từ thư viện, vào mụcDefault  Transmitters  Optical Sources • ChọnCW Laser 1.0 đặt vào vùng làm việcbằng cách kéo thả biểu tượng Hình1.3 –Thêm CW Laser vào layout • Từ thư viện, vào mục Default  Transmitters  Optical Modulators • ChọnMach-Zehnder Modulator 1.0 đặt vào vùng làm việc cách kéo thả biểu tượng Hình4 –Thêm điều chế Mach-Zehnder vào layout • Từ thư viện, vào mục Default  Transmitters  Bit Sequence Generators • Chọn Pseudo-Random Bit Sequence Generator 1.0 đặt vào vùng làm việc cách kéo thả biểu tượng • Từ thư viện, vào mục Default  Transmitters  Pulse Generators  Electrical • Chọn NRZ Pulse Generator 1.0 đặt vào vùng làm việc cách kéo thả biểu tượng Hình1.5 –Thêm tạo dãy bit giả ngẫu nhiênvà tạo xung NRZ vào layout Kết nối phần tử Để gửi tín hiệu từ phần tử đến phần tử khác ta phải nối cổng đầu phần tử trước với đầu vào phần tử sau Khi kết nối phần tử, nối nhiều đầu vào tới đầu Nghĩa là: • Kết nối phần tử cách clickvào cổngcủa phần tử thứ nhấtvà kéo đến cổng phần tử tiếp theo: • Bộ tạo dãy bit giả ngẫu nhiên đến cổng đầu vào tạo xung NRZ • Cổng tạo xung NRZ đến cổng đầu vào điều chế Mach-Zehnder • Đầu CW laser đến đầu vào tạo sóng mang the Mach- Zehnder Hình1.6 –Kết nối phần tử Quan sát kết Có nhiều cách để quan sát kết OptiSys_Design, thư mụcVisualizers Component Library cho phép người dung hiển thị kết mô Tùy vào loại tín hiệu đầu vào mà ta có hiển thi điện quang Để quan sát tín hiệu điện tạo từ tạo xung NRZ miên thời gian, ta chọn hiển thị Oscilloscope Visualizer: • Từ thư viện, vào mụcDefault  Visualizers  Electrical • Chọnt Oscilloscope Visualizer 1.0 đặt vào vùng làm việc cách kéo thả biểu tượng Hình 1.7 – Thêm máy quan sát Oscilloscope Visualizer vào layout Tín hiệu quang biểu diễn cách chọn máy quan sát từ thư viện Để quan sát tín hiệu quang điều chế miền thời gian ta dùng Máy phân tích phổ Máy quan sát tín hiệu quang miền thời gian: • Từ thư viện, vàoDefault  Visualizers  Optical • Chọn Optical Spectrum Analyzer 1.0 đặt vào vùng làm việc cách kéo thả biểu tượng • Chọn Optical Time Domain Visualizer 1.0 đặt vào vùng làm việc cách kéo thả biểu tượng Hình 1.8 – Thêm máy quan sát quang optical Visualizers vào layout Kết nối máy quan sát Để quan sát tín hiệu từ phần tử, ta phải nối đầu phần tử tới cổng đầu vào máy quan sát Khi nối phần tử với máy quan sát, nối nhiều máy quan sát tới cổng phần tử • Nối phần tử máy quan sát cách click vào cổng đầu phần tử kéo thả tới cổng đầu vào máy quan sát: • Đầu tạo xung NRZ tới cổng vào Oscilloscope • Đầu Mach-Zehnder tới máy phân tích quang tới máy quan sát tín hiệu quang miền thời gian Hình1.9 –Nối máy quan sát Các máy quan sát vàgiám sát liệu Khi nối máy quan sát tới đầu phần tử, OptiSys_Design chèn Data Monitor mặc định vào cổng phần tử, sau máy quan sát kết nối Các máy quan sát kết nối tới giám sát, lý nhiều máy quan sát gắn vào cổng chúng cúng gắn vào giám sát Giám sát liệu đại diện hình chữ nhật xung quanh cổng đầu phần tử Hình1.10 –Các giám sát máy quan sát Các máy quan sát xử lý liệu lưu từ giám sát liệu, ta chèn thêm giám sát vào cổng mà không cần nối tới máy quan sát nào, giám sát lưu liệu sau trình mô kết thúc Nghĩa bạn chèn giám sát vào cổng trước trình mô bắt đầu, sau mô xong bạn nối máy quan sát vào giám sát mà không cần chạy lại mô từ đầu • Từ công cụ Layout, chọn công cụ Monitor, trỏ chuột chuyển sang mode giám sát • Click vào đầu phần tử CW laser • Click vào công cụLayoutđể tắt mode giám sát Hình1.11 – Tạo giám sát Giám sát lưu tín hiệu đầu CW Laser, không cần tính toán lại hệ thống bạn muốn quan sát tín hiệu bỏ qua việc thêm máy quan sát vào cổng Tuy nhiên phải nhớ thêm giám sát vào cổng 10 Hình 4.16: Kết nối máy đo BER  Chạy mô – trình tốn thời gian Nhấp đúp chuột vào máy đo BER để hiển thị kết đồ hình Đồ hình kết  Trong máy đo BER, chọn Show Eye Diagram (Đồ hình mắt) Khi mở máy đo BER bạn thấy đồ hình kèm với đồ hình mắt: Q-factor: giá trị cao Q-Factor tức thời Min BER: giá trị thấp BER tức thời Ngưỡng: giá trị ngưỡng tức thời cho ta max Q-Factor BER Đỉnh: đỉnh Eye với giá trị tức thời Mẫu BER: kích hoạt, cho ta thấy vùng mà giá trị BER thấp giá trị người dùng thiết lập 67 Hình 4.17 Đồ hình phân tích BER Bạn phân tích kết từ đồ hình khung phân tích: Giá trị Q-Factor lớn nhất, giá trị BER thấp nhất, độ mở lớn mắt, ngưỡng tức thời Max Q-Factor/Min BER Hình 4.18: Kết phân tích BER 67 Thực hành: Vẽ toàn hệ thống WDM sau: 4.3 KẾT LUẬN Bài thí nghiệm giúp ta hiểu sâu hệ thống WDM: Cấu tạo, tham số… Cách thiết kế hệ thống WDM Ngoài giúp sinh viên biết cách nhìn đánh giá kết nhận máy đo Yêu cầu: Câu 1: Vẽ hệ thống theo số liệu trên, hoàn thiện sơ đồ hệ thống WDM kênh Quan sát nhận xét kết nhận máy đo Câu 2: Với tham số toàn cục đưa trên, thay đổi tham số phần tử tuyến để BER đạt 10-12 với cự ly truyền dẫn 300 – 400 km (sinh viên tự lựa chọn giá trị khoảng nói trên) Trình bày rõ ràng bước tính toàn công thức trước thiết lập phần mềm Ý nghĩa đồ thị mắt(eye diagram) Câu 3: Với hệ thống trên, thay đổi tham số sợi quang (G652, G655) Đánh giá ảnh hưởng sợi cáp quang tới khả truyền dẫn hệ thống 67 BÀI 5- BÙ TÁN SẮC - THIẾT KẾ CỦA MỘT BỘ KHUẾCH ĐẠI BĂNG THÔNG RỘNG RAMAN SỬ DỤNG HỆ THỐNG CON VÀ TẬP LỆNH 5.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Bài thí nghiệm minh họa mô đơn giản bù tán sắc hệ thống khuếch đại bang rộng Raman cách sử dụng hệ thống tập lệnh Qua giúp sinh viên hiểu rõ khái niệm tán sắc, nguồn nhiều line… A BÙ TÁN SẮC SỬ DỤNG HỆ THỐNG CON VÀ TẬP LỆNH Mục đíchBài học minh họa mô đơn giản bù tán sắc dẫn đến khái niệm định nghĩa cho Hệ thống tập lệnh Tiếp theo, thiết lập ví dụ với bố trí sau đây, bao gồm Hình 5.1 Bù tán sắc khoảng liên kết 5.2 Các bước thí nghiệm Một nguồn tin trích từ xung Gauss RZ theo quy tắc người sử dụng xác định chuỗi bit Tăng cường khuếch đại lọc 67 SMF DCF Trong dòng khuếch đại lọc Quan sát tín hiệu Hãy kiểm tra dạng sóng tín hiệu đầu vào, sau SMF kết thúc đoạn tín hiệu Chúng ta nhận sau SMF xung tín hiệu bị suy giảm, mở rộng theo hệ số xấp xỉ có tác động đáng kể kí hiệu Hình 5.2 Tín hiệu phát triển đoạn bù tán sắc khoảng liên kết Bây sử dụng tính tập lệnh mạnh Opticsys nhằm tránh không cần thiết phải xác định lại thông số bố trí phụ thuộc vào tín hiệu trường hợp tín hiệu đầu vào thay đổi Một thông số băng thông bên hai lọc Mở hộp thoại thông số lọc bật “Mode” “Bandwidth” tới “Script” Chuột phải vào giá trị chọn “Bit rate” Sau them “3*” để đọc toàn giá trị “3*” Bit rate Click vào vùng làm việc thị hộp thoại “Global parameters” Tăng gấp đôi tỷ lệ bit tính toán lại Hình cho thấy không phụ thuộc vào tán sắc mở rộng 67 SMF, tín hiệu lưu giữ lần sau hoàn tất tập lệnh, nguồn hình dạng xung Hình 5.3 Các kết tính toán tập lệnh bù tán sắc khoảng liên kết Rất liên kết đơn giản có ích cho việc xây dựng Hệ thống đa khoảng lớn Trong trường hợp khuyến khích để gói gọn vào hệ thống con, mà sau cho phép tái tạo kết hợp thành phần cách nhanh chóng hiệu Chúng tạo phiên thiết kế Chọn “Design Version/Add Design Version” từ menu Optisys thay đổi tên thành “Amplified Dispersion Compensating Subsysteam” Sau chép dán tất thành phần phiên Tiếp theo, thể 2: Subsystems-Hierarchical simulation, chọn tất thành phần, ngoại trừ nguồn tín hiệu khuếch đại tăng cường (bao gồm toàn bỏ qua dạng tín hiệu), chọn “ Create subsystem” cách nhấp chuột phải từ menu đơn Bố trí bị gãy thành các tín hiệu trực quan hệ thống Đầu tiên tạo cổng đầu hệ thống cách chọn “Look Inside” từ menu chuột phải sử dụng công cụ “Output port” Sau thay đổi tên hệ thống để cung cấp thêm thông tin đó, ví dụ: “Amplified Dispersion Compensated Span”, sử dụng “Component Parameters” từ menu đơn 67 Hình 5.4 Bù tán sắc biểu diễn hệ thống Tiếp theo, có thẻ sử dụng hệ thống tạo để xây dựng đoạn liên kết lớn Chúng ta tạo phiên thiết kế thay đổi tên để “Multi-Span Link” Sau đó, chép dán tất thành phần “ Amplified Dispersion Compensating Subsystem” Bây xếp hệ thống khoảng đoạn cách chép dán “Amplified Dispersion Compensated Span” thành thành phần liên kết đầu vào đâu tương ứng B THIẾT KẾ CỦA MỘT BỘ KHUẾCH RỘNG RAMAN SỬ DỤNG HỆ THỐNG CON ĐẠI BĂNG THÔNG Giới thiệu tổng quan Số lượng kênh triển khai hệ thống đường dài DWDM nhanh chóng tăng vượt hang tram kênh band-C (1528-1563 nm) band-L(15751610 nm) Nhu cầu cho nhiều băng thông hướng tìm kiếm cho khuếch đại sợi tinh vi mà phẳng phạm vi quang phổ rộng để truyền băng thông max đoạn đường dài Các chi tiết cụ thể hiệu ứng Raman kích thích cho phép kĩ thuật thú vị cho để thu tăng diện tích phẳng khuếch đại băng rộng Raman (Y Emori, K Tanaka and S Namiki, Electron Lett 35, 1355, 1999) Nó đòi hỏi cấu hình nhiều bơm phù hợp không dựa vào lọc thu động, lưới che… Định nghĩa nguồn nhiều line Ở giai đoạn đầu hệ thống bơm cho phép thiết lập nhóm mười hai điot lazer bơm có “Parameterized” biễu diễn tín hiệu bước sóng nguồn: 67 Sau gép kênh kết quả đầu sử dụng, ví dụ, hai gép kênh nguồn 2x1 kết hợp Các kênh ghép phải điều chỉnh cho phù hợp với bước sóng máy bơm, trường hợp ghép kênh đa truy nhập 8x1 Hình 5.5 Điều chỉnh kênh đa truy cập Chúng ta xem layout sau tính toán quan sát đầu phức hợp 67 Hình 5.6 Bố cục nguồn siêu liên tục Định nghĩa hệ thống phụ với nguồn nhiều line Nó tiện dụng việc sử dụng kết hợp yếu tố để xác định máy bơm nguồn tín hiệu khuếch đại băng rộng Raman Cách dễ để đạt điều để ẩn chi tiết hệ thống phụ, mà để sử dụng sau cho ưng dụng khác với điều chỉnh nhỏ thông số Đầu tiên mở phiên thiết kế có tên “Multi-Line Sources” Sau tạo hệ thống Creating a Subsystem chép dán lần Hai trường hợp hệ thống đươc sử dụng nguồn tín hiệu khu vực làm việc 1510 – 1630 nm Hãy để thay đổi tên hệ thống tưng ứng tới “Multi-Line Pump 1400 - 1510 nm“, “Multi-Line Source1510 - 1570 nm” “Multi-Line Source 1570 - 1630 nm” click duuble vào biểu tượng họ điền trường “Label” hộp thoại tham số Bây cần phải điều chỉnh thông số bên trường hợp để hệ thống sử dụng chúng nguồn tín hiệu Các bước sau cách nhanh để làm điều đó: Nhấp chuột phải vào biểu tượng “Multi-Line Source 1510 - 1570 nm” Chọn “Lock Inside” từ menu đơn Các chi tiết bên thị 67 layout người chỉnh sửa Mở “Parameter groups” cách nhấn tổ hợp phím Ctrl+5 Trong “Group” từ danh sách thả xuống chọn “Power”, “Units” từ danh sách thả suống chọn “dBm” Bấm vào nút “Value” để chọn tất giá trị cột Nhấp chuột phải vào “Value” chọn “Assign multiple” từ menu đơn Trong hộp thoại bật lên nhập -10 Hình 5.7 Triển khai nhanh chóng việc tương thích thông số nguồn nhiều line Tiếp theo “Group” từ danh sách trượt xuống chọn “Frequency”, “Units” từ danh sách trượt xuống chọn “nm” Chuột phải vào “Value” chọn “Spread” từ menu đơn Trong hộp thoại nhập vào giá trị 1510 “Start Value” 5.2 “Increment” 67 Hình 5.8 Triển khai nhanh chóng việc điều chỉnh nhiều nhiều line đến mộtvùng quang phổ Chọn “Output Signal Type” từ “Group” Như mô tả “Multiple Assign” từ “Value” tham số “Parameterized” Điều có nghĩa tín hiệu tạo với phỗ lấy mẫu đầy đủ, sử dụng “Sampled signal” đại diện thay ”Parameterized signal” 10 Đóng hệ thống 11 Lặp lại bước tương tự cho hệ thống thiết lập bước sóng nguồn từ 1.572,6-1630 nm nguồn từ -10 dBm Bây có máy bơm cần thiết tín hiệu bắt đầu xây dựng khuếch đại Raman Hình 5.9 Hệ thống khuếch đại Raman Thiết kế khuếch đại Raman với băng thông tăng phẳng diện rộng Đầu tiên mở phiên thiết kế có tên “Broadband Raman Amplifier” 67 Sau chép dán tất hệ thống từ phiên thiết kế trước vào Sau thêm thành phần khuếch đại Raman từ thư viện thành phần "Amplifiers", 2x1 kết hợp số xung tín hiệu OSA đến layout sau: Hình 5.10 Băng thông tăng phẳng dải rộng khếch đại Raman Đối với tính chất sợi khuếch đại nhập giá trị điển hình sợi SMF-28 thiết lập chiều dài tới 40 km Tất thứ thiết lập bắt đầu tính toán phiên thiết kế Khi hoàn tất, hiển thị phân tích phổ tín hiệu điểm khác hệ thống ví dụ nguồn đầu 67 Hình 5.11 Chuyển tiếp phổ đầu tín hiệu khuyếch đại máy bơm tán xạ ngược Nó xem mức tăng thiết bị tương đối phẳng vùng phổ rộng Bài học hiển thị để cải thiện tính cách sử dụng công cụ tối ưu hóa OptiSys Design Sử dụng đồ họa 3D tương tác Các thành phần khuếch đại Raman cung cấp thông tin thị giác phong phú hình thức bề mặt 3D tương tác thời gian thực Những khu 3D hiển thị tiến triển dọc theo chiều dài sợi đặc điểm quan trọng sau thiết bị: Tín hiệu phổ lượng Phổ tăng Phổ hệ số tăng Phổ nhiễu số Quang phổ kép tán xạ Rayleigh Hai đồ thị 3D loại hỗ trợ - cho tín hiệu phía trước phía sau lan truyền tương ứng Các hình ảnh sau cho thấy tiến triển tăng trải nghiệm bước sóng phía trước lan truyền Mức tăng cao ASE vùng có bước sóng ngắn (phải) thực tế trải nghiệm hai Rayleigh kích thích tán xạ Raman trường có máy bơm lớn Mặt khác xem rõ ràng khuếch đại Raman kết hợp gần hoàn hảo bù cho mát sợi dọc theo toàn chiều dài khuếch đại 67 Hình 5.12 Sự phát triển theo chiều dọc quang phổ thu phía trước tăng băng thông rộng phẳng khuếch đại Raman 5.3 Kết luận Đánh giá tán sắc ảnh hưởng tới tín hiệu hệ thống thông tin quang, Cách khắc phục có tượng tán sắc xảy hệ thống Hiểu rõ hệ thống khuếch đại bang thông rộng Raman Thực tập sau: Yêu cầu: Câu 1: Tán sắc gì? Tại cần bù tán sắc hệ thống Các phương pháp bù? 67 Câu 2: Thiết kế hệ thống hình Theo dõi so sánh đầu đầu vào tín hiệu biên độ hình dạng xung Đưa nhận xét Câu 3: Mô lại khuếch đại băng thông rộng Raman sử dụng hệ thống Tại phải sử dụng khuếch đại băng thông rộng Raman? 67 ... MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Bài học hướng dẫn cách tạo máy phátsử dụng Laser điều chế Giúp bạn làm quen với thư viện, tham số, trình biên tập layout, công cụ quan sát Từ làm tảng để thực hiên thí nghiệm. .. 15 Hình1.18 –Oscilloscope Máy phân tích quang phổ Tín hiệu quang quan sát miền tần số sử dụng OSA (Máy phân tích quang phổ) • Click đúp vào máy phân tích quang phổ Vì OptiSys_Design sử dụng tín... Hình1.20 - Máy quan sát tín hiệu quang miền thời gian Thu phóng lần vết Có nhiều công cụ đểu giúp bạn phân tích xuất thông tin từ đồ thị • Nếu máy phân tích quang phổ hiển thị gần, click đúp