Giáo trình Hệ thống thông tin quang (Phần 2)

CHƯƠNG 2 
KHUEÁCH ÑAÏI QUANG 
I. TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG 
1. Giới thiệu khuếch đại quang 
Hình 2.1 Cấu trúc của một trạm lặp quang điện (optoelectronic repeater) 
Pin
Pout
Ngoõ vaøo Ngoõ ra
O-E KÑ E-O
Sôïi quang Sôïi quang
Boä thu quang
Mieàn ñieänMieàn quang Mieàn quang
Boä khueách ñaïi Boä phaùt quang
Suy hao của sợi quang là nguyên nhân giới hạn cự ly truyền của các hệ thống 
thông tin quang. Đối với các hệ thống truyền dẫn quang cự ly dài, giới hạn về suy 
hao được khắc phục bằng cách sử dụng các trạm lặp quang điện (optoelectronic 
repeater). Trong các trạm lặp quang điện này (xem hình 2.1), quá trình khuếch đại 
tín hiệu quang được thực hiện qua nhiều bước. Đầu tiên, tín hiệu quang sẽ được biến 
đổi thành dòng điện bởi các bộ thu quang (optical receiver) sử dụng linh kiện tách 
sóng quang như PIN hay APD. Dòng quang điện thu được sẽ được tái tạo lại dạng 
xung, định thời và khuếch đại bởi các mạch phục hồi tín hiệu và mạch khuếch đại. 
Sau đó, tín hiệu điện sẽ được biến đổi thành tín hiệu quang thông qua các nguồn 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Chương 2: Khuếch đại quang 119 
quang trong bộ phát quang (optical transmitter) và được truyền đi trong sợi quang. 
Như vậy, quá trình khuếch đại tín hiệu được thực hiện trên miền điện. 
Các trạm lặp quang điện đã được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền 
dẫn quang một bước sóng như hệ thống truyền dẫn quang SDH. Tuy nhiên, khi sử 
dụng cho các hệ thống truyền dẫn quang đa bước sóng như hệ thống WDM, rất 
nhiều trạm lặp quang điện cần được sử dụng để khuếch đại và tái tạo các kênh quang 
có bước sóng khác nhau. Điều này làm tăng độ phức tạp cũng như tăng giá thành 
của hệ thống truyền dẫn quang WDM. 
Một giải pháp có thể khắc phục các nhược điểm trên của trạm lặp quang điện, 
đó là sử dụng các bộ khuếch đại quang (Optical Amplifier). Trong các bộ khuếch đại 
quang này, tín hiệu ánh sáng được khuếch đại trực tiếp trong miền quang mà không 
thông qua việc biến đổi sang miền điện. So với các trạm lặp, các bộ khuếch đại 
quang có các ưu điểm sau: 
· Khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang, không có mạch tái tạo thời gian hay mạch 
phục hồi (bộ biến đổi E/O hoặc O/E). Do đó khuếch đại quang sẽ trở nên linh 
hoạt hơn. 
· Không phụ thuộc vào tốc độ bit và phương thức điều chế tín hiệu nên nâng cấp 
hệ thống đơn giản hơn. 
· Khuếch đại nhiều tín hiệu có bước sóng khác nhau cùng truyền trên một sợi 
quang. 
2. Nguyên lý khuếch đại quang 
Nguyên lý khuếch đại quang trong các bộ khuếch đại quang được thực hiện 
dựa trên hiện tượng phát xạ kích thích và không có sự cộng hưởng xảy ra trong quá 
trình khuếch đại. 
Hiện tượng phát xạ kích thích (stimulated emission) là một trong ba hiện 
tượng biến đổi quang điện được ứng dụng trong thông tin quang. Các hiện tượng 
này được minh họa trên hình 2.2. 
Hình 2.2 Các hiện tượng biến đổi quang điện (a) Hấp thụ (b). Phát xạ tự phát (c). 
Phát xạ kích thích 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
120 Hệ thống thông tin quang 
Hiện tượng phát xạ kích thích, hình 2.2.c, xảy ra khi một điện tử đang ở trạng 
thái năng lượng cao E2 bị kích thích bởi một photon có năng lượng hn12 bằng với độ 
chênh lệch năng lượng giữa trạng thái năng lượng cao và trạng thái năng lượng thấp 
của điện tử (Eg = E2 – E1). Khi đó, điện tử sẽ chuyển từ trạng thái năng lượng cao 
xuống trạng thái năng lượng thấp hơn và tạo ra một photon có năng lượng bằng với 
năng lượng của photon kích thích ban đầu. Như vậy, từ một photon ban đầu sau khi 
khi xảy ra hiện tượng phát xạ kích thích sẽ tạo ra hai photon (photon ban đầu và 
photon mới được tạo ra) có cùng phương truyền, cùng phân cực, cùng pha và cùng 
tần số (tính kết hợp, Coherent, của ánh sáng). Hay nói cách khác, quá trình khuếch 
đại ánh sáng được thực hiện. Hiện tượng này được ứng dụng trong các bộ khuếch 
đại quang bán dẫn (OSA) và khuếch đại quang sợi (OFA). 
Hiện tượng phát xạ kích thích cũng được ứng dụng trong việc chế tạo laser. 
Tuy nhiên, điểm khác biệt chính giữa laser và các bộ khuếch đại quang là trong các 
bộ khuếch đại quang không xảy hiện tượng hồi tiếp và cộng hưởng. Vì nếu xảy ra 
quá trình hồi tiếp và cộng hưởng như trong laser, bộ khuếch đại quang sẽ tạo ra các 
ánh sáng kết hợp của riêng nó cho dù không có tín hiệu quang ở ngõ vào. Nguồn ánh 
sáng này được xem là nhiễu xảy ra trong bộ khuếch đại. Do vậy, khuếch đại quang 
có thể làm tăng công suất tín hiệu ánh sáng được đưa vào ngõ vào bộ khuếch đại 
nhưng không tạo ra tín hiệu quang kết hợp của riêng nó ở ngõ ra. 
Hiện tượng hấp thụ (absorption), hình 2.2(a), xảy ra khi một photon có năng 
lượng hf12 bị hấp thụ bởi một điện tử ở trạng thái năng lượng thấp. Quá trình này chỉ 
xảy ra khi năng lượng hf12 của photon bằng với độ chênh lệch năng lượng giữa trạng 
thái năng lượng cao và trạng thái năng lượng thấp của điện tử (Eg = E2 – E1). Khi 
xảy ra hiện tượng hấp thụ, điện tử sẽ nhận năng lượng từ photon và chuyển lên trạng 
thái năng lượng cao. Hay nói cách khác, hiện tượng hấp thụ là nguyên nhân gây suy 
hao cho tín hiệu quang khi đi qua bộ khuếch đại quang. Quá trình này xảy ra đồng 
thời với hai hiện tượng phát xạ tự phát và phát xạ kích thích trong môi trường tích 
cực (active medium) của bộ khuếch đại. 
Hiện tượng phát xạ tự phát (spontaneous emission), hình 2.2(b), xảy ra khi 
một điện tử chuyển trạng thái năng lượng từ mức năng lượng cao E2 xuống mức 
năng lượng thấp E1 và phát ra một năng lượng Eg = E2 – E1 dưới dạng một photon 
ánh sáng. Quá trình này xảy ra một cách tự nhiên vì trạng thái năng lượng cao E2 
không phải là trạng thái năng lượng bền vững của điện tử. Sau một khoảng thời gian 
được gọi là thời gian sống (life time) của điện tử ở mức năng lượng cao, các điện tử 
sẽ tự động chuyển về trạng thái năng lượng thấp hơn (trạng thái năng lượng bền 
vững). Tùy theo loại vật liệu khác nhau, thời gian sống của điện tử sẽ khác nhau. 
Cho dù hiện tượng phát xạ tự phát tạo ra photon ánh sáng, nhưng trong khuếch 
đại quang, phát xạ tự phát không tạo ra độ lợi khuếch đại. Nguyên nhân là do hiện 
tượng này xảy ra một cách tự phát không phụ thuộc vào tín hiệu ánh sáng đưa vào bộ 
khuếch đại. Nếu không có ánh sáng tín hiệu đưa vào, vẫn có năng lượng ánh sáng 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Chương 2: Khuếch đại quang 121 
được tạo ra ở ngõ ra của bộ khuếch đại. Ngoài ra, ánh sáng do phát xạ tự phát tạo ra 
không có tính kết hợp như hiện tượng phát xạ kích thích. Do vậy, phát xạ tự phát được 
xem là nguyên nhân chính gây nhiễu trong các bộ khuếch đại quang. Loại nhiễu này 
được gọi là nhiễu phát xạ tự phát được khếch đại ASE (Amplified Spontaneous 
Emission noise). Ảnh hưởng của loại nhiễu này đối khuếch đại quang và hệ thống 
thông tin quang sẽ được trình bày chi tiết trong phần sau của chương này. 
3. Phân loại khuếch đại quang 
Tổng quát, cấu tạo của một bộ khuếch đại quang có thể được biểu diễn như 
hình 2.3. 
Hình 2.3 Mô hình tổng quát của một bộ khuếch đại quang 
Trong một bộ khuếch đại quang, quá trình khuếch đại ánh sáng được diễn ra 
trong trong một môi trường được gọi vùng tích cực (active medium). Các tín hiệu 
quang được khuếch đại trong vùng tích cực với độ lợi lớn hay nhỏ tùy thuộc vào 
năng lượng được cung cấp từ một nguồn bên ngoài gọi chung là nguồn bơm (Pump 
Source). Các nguồn bơm này có tính chất như thế nào tùy thuộc vào loại khuếch đại 
quang hay nói cách khác phụ thuộc vào cấu tạo của vùng tích cực. Tùy theo cấu tạo 
của vùng tích cực, có thể chia khuếch đại quang thành hai loại chính: 
Khuếch đại quang bán dẫn SOA (Optical Semiconductor Amplifier): 
· Vùng tích cực được cấu tạo bằng vật liệu bán dẫn. 
· Cấu trúc của vùng tích cực của SOA tương tự như vùng tích cực của laser bán 
dẫn. Điểm khác biệt chính giữa SOA và laser là SOA hoạt động ở trạng thái 
dưới mức ngưỡng phát xạ. 
· Nguồn cung cấp năng lượng để khuếch đại tín hiệu quang là dòng điện 
Khuếch đại quang sợi OFA (Optical Fiber Amplifier): 
· Vùng tích cực là sợi quang được pha đất hiếm. Do đó, OFA còn được gọi là 
DFA (Doped-Fiber Amplifier). 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
122 Hệ thống thông tin quang 
· Nguồn bơm là năng lượng ánh sáng được cung cấp bởi các laser có bước sóng 
phát quang nhỏ hơn bước sóng của tín hiệu cần khuếch đại. 
· Tùy theo loại đất hiếm được pha trong lõi của sợi quang, bước sóng bơm của 
nguồn bơm và vùng ánh sáng được khuếch đại của OFA sẽ thay đổi. Một số loại 
OFA tiêu biểu: 
- EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier): 1530 nm – 1565nm; 
- PDFA (Praseodymium-Doped Fiber Amplifier): 1280 nm – 1340nm; 
- TDFA (Thulium-Doped Fiber Amplifier): 1440 nm -1520nm; 
- NDFA (Neodymium-Doped Fiber Amplifier): 900nm, 1065 nm hoặc 
1400nm. 
Trong các loại OFA này, EDFA được sử dụng phổ biến hiện nay vì có nhiều 
ưu điểm về đặc tính kỹ thuật so với SOA và có vùng ánh sáng khuếch đại (1530nm-
1565nm) thích hợp với dải tần hoạt động của hệ thống ghép kênh theo bước sóng 
mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Chi tiết về EDFA 
sẽ được trình bày trong phần III. Bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium (EDFA) 
của chương này. 
Cả hai loại khuếch đại quang SOA và EDFA đều hoạt động dựa trên hiện 
tượng phát xạ kích thích. Ngoài ra, một loại khuếch đại quang khác cũng được sử 
dụng nhiều trong các hệ thống WDM hiện nay là khuếch đại Raman. Loại khuếch 
đại này cũng sử dụng sợi quang làm vùng tích cực để khuếch đại ánh sáng. Tuy 
nhiên, nguyên lý khuếch đại của khuếch đại Raman dựa trên ảnh hưởng phi tuyến 
của sợi quang (hiện tượng tán xạ Raman được kích thích SRS, Stimulated Raman 
Scattering) hơn là hiện tượng phát xạ kích thích. Chi tiết về loại khuếch đại này sẽ 
được trình bày trong phần IV. Bộ khuếch đại quang Raman của chương này. 
4. Các thông số kỹ thuật của khuếch đại quang 
a) Độ lợi (Gain) 
Độ lợi của một bộ khuếch đại quang là tỷ số giữa công suất quang ở ngõ ra 
chia cho công suất quang ở ngõ vào. 
G = 
in
out
P
P (2.1) 
G(dB) = 10.log ÷÷
ø
ö
çç
è
æ
in
out
P
P (2.2) 
Trong đó: 
- G: Độ lợi tín hiệu của bộ khuếch đại quang; 
- Pin, Pout: công suất tín hiệu ánh sáng ở ngõ vào và ngõ ra của bộ khuếch đại 
quang (mW). 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Chương 2: Khuếch đại quang 123 
Độ lợi là một thông số quan trọng của bộ khuếch đại. Nó đặc trưng cho khả 
năng khuếch đại công suất ánh sáng của bộ khuếch đại. Tuy vậy, độ lợi của một bộ 
khuếch đại bị giới hạn bởi các cơ chế bão hòa độ lợi. Điều này làm giới hạn công 
suất quang ra cực đại của bộ khuếch đại. 
b) Băng thông độ lợi (Gain Bandwidth) 
Độ lợi của bộ khuếch đại quang không bằng nhau cho tất cả các tần số của tín 
hiệu quang vào. Nếu đo độ lợi G của các tín hiệu quang với các tần số khác nhau, 
một đáp ứng tần số quang của bộ khuếch đại G(f) sẽ đạt được. Đây chính là phổ độ 
lợi của bộ khuếch đại quang. 
Băng thông độ lợi của bộ khuếch đại quang Bo được xác định bởi điểm -3dB 
so với độ lợi đỉnh của bộ khuếch đại. Giá trị Bo xác định băng thông của các tín hiệu 
có thể được truyền bởi một bộ khuếch đại quang. Do đó, ảnh hưởng đến hoạt động 
của các hệ thống thông tin quang khi sử dụng chúng như các bộ lặp hay bộ tiền 
khuếch đại. 
c) Công suất ngõ ra bão hòa (Saturation Output Power) 
Khi hoạt động ở chế độ tín hiệu nhỏ, công suất quang ở ngõ ra sẽ tăng tuyến 
tính với công suất quang ở ngõ vào theo hệ số độ lợi G: Pout = G.Pin. Tuy nhiên, công 
suất ngõ ra không thể tăng mãi được. Bằng thực nghiệm, người ta thấy rằng trong tất 
cả các bộ khuếch đại quang, khi công suất ngõ vào Pin tăng đến một mức nào đó, độ 
lợi G bắt đầu giảm. Kết quả là công suất ở ngõ ra không còn tăng tuyến tính với tính 
hiệu ngõ ra nữa mà đạt trạng thái bão hòa. Sự thay đổi của tín hiệu quang ngõ ra so 
với công suất quang ngõ vào ở được minh họa trong hình 2.4(a). 
Hình 2.4 a) Công suất ngõ ra theo công suất ngõ vào; b) Độ lợi khuếch đại theo 
công suất quang ngõ ra 
Hình 2.4(b) biểu diễn sự biến đổi của độ lợi tín hiệu G theo công suất quang 
ngõ ra Pout. Công suất ở ngõ ra tại điểm độ lợi giảm đi 3 dB được gọi là công suất ra 
bão hòa Psat, out. 
Công suất ra bão hòa Psat, out của một bộ khuếch đại quang cho biết công suất 
ngõ ra lớn nhất mà bộ khuếch đại quang đó có thể hoạt động được. Thông thường, 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
124 Hệ thống thông tin quang 
một bộ khuếch đại quang có độ lợi cao sẽ có công suất ra bão hòa cao bởi vì sự 
nghịch đảo nồng độ cao có thể được duy trì trong một dải công suất vào và ra rộng. 
d) Hệ số nhiễu (Noise Figure) 
Giống như các bộ khuếch đại điện, các bộ khuếch đại quang đều tạo ra nhiễu. 
Nguồn nhiễu chính trong các bộ khuếch đại quang là do phát xạ tự phát. Vì sự phát 
xạ tự phát là các sự kiện ngẫu nhiên, pha của các photon phát xạ tự phát cũng ngẫu 
nhiên. Nếu photon phát xạ tự phát có hướng gần với hướng truyền của các photon 
tín hiệu, chúng sẽ tương tác với các photon tín hiệu gây nên sự dao động về pha và 
biên độ. Bên cạnh đó, năng lượng do phát xạ tự phát tạo ra cũng sẽ được khuếch đại 
khi chúng truyền qua bộ khuếch đại về phía ngõ ra. Do đó, tại ngõ ra của bộ khuếch 
đại công suất quang thu được Pout bao gồm cả công suất tín hiệu được khuếch đại và 
công suất nhiễu phát xạ tự phát được khuếch đại ASE (Amplified Spontaneous 
Emission). 
Pout = G.Pin + PASE (2.3) 
Ảnh hưởng của nhiễu đối với bộ khuếch quang được biểu diễn bởi hệ số nhiễu 
NF (Noise Figure), mô tả sự suy giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR (Signal to Noise 
Ratio) do nhiễu của bộ khuếch đại thêm vào. Hệ số NF được cho bởi công thức sau: 
NF = 
out
in
SNR
SNR
 (2.4) 
Trong đó, SNRin, SNRout là tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại ngõ vào và ngõ ra của 
bộ khuếch đại 
Hệ số nhiễu NF của bộ khuếch đại càng nhỏ thì càng tốt. Giá trị nhỏ nhất của 
NF có thể đạt được là 3dB. Những bộ khuếch đại thỏa mãn hệ số nhiễu tối thiểu này 
được gọi là đang hoạt động ở giới hạn lượng tử. 
Ngoài bốn thông số kỹ thuật chính được nêu ở trên, các bộ khuếch đại quang 
còn được đánh giá dựa trên các thông số sau: 
· Độ nhạy phân cực (Polarization sensitivity) là sự phụ thuộc của độ lợi của bộ 
khuếch đại vào phân cực của tín hiệu. 
· Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với độ lợi và băng thông độ lợi. 
· Xuyên nhiễu (crosstalk). 
5. Ứng dụng của khuếch đại quang 
Khuếch đại quang được ứng dụng trong các hệ thống truyền dẫn quang như 
các bộ khuếch đại nhằm làm tăng công suất của tín hiệu quang trên đường truyền, 
khắc phục suy hao do sợi quang và các mối hàn, nối xảy ra trên đường truyền. 
Tùy theo vị trí lắp đặt, các bộ khuếch đại trên tuyến truyền dẫn quang được chia 
làm ba loại: 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Chương 2: Khuếch đại quang 125 
· Khuếch đại công suất (Booster Amplifier): là bộ khuếch đại quang được đặt 
ngay sau thiết bị phát nhằm mục đích làm tăng công suất tín hiệu quang đến 
mức cao nhất để làm cho khoảng cách truyền cực đại. Yêu cầu của các bộ 
khuếch đại công suất là tạo ra công suất đầu ra cực đại chứ không phải  ... ợc BER chấp nhận được là 11dB. Hãy 
tính độ nhạy của bộ thu và dòng photon nhận được khi công suất ngõ ra của 
laser dao động nội là -3dBm và độ lệch pha giữa tín hiệu dao động nội và tín 
hiệu tới bộ thu là 12°. 
4.5. Công suất tín hiệu tới bộ thu quang heterodyne ASK đang hoạt động ở giới 
hạn nhiễu bắn là 1,28nW và SNR là 9dB. Hãy xác định bước sóng truyền 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Chương 4: Hệ thống thông tin quang Coherent 239 
dẫn của hệ thống ASK nếu hiệu suất lượng tử của photodiode là 75% ở bước 
sóng này và băng thông truyền dẫn là 400MHz. 
4.6. Hãy cho biết chức năng các khối trong sơ đồ hình 4.9(a). 
4.7. Để có thể tách sóng heterodyne ASK không đồng bộ độ rộng phổ của tín 
hiệu và của bộ dao động nội phải nhỏ hơn 50% tốc độ bit truyền. Hãy xác 
định độ rộng phổ cực đại cho phép (theo nm) của nguồn ASK trong các 
trường hợp sau: 
a) Nguồn ASK phát xạ ở bước sóng 1,30mm và tốc độ truyền dẫn là 
140Mbit/s. 
b) Nguồn ASK phát xạ ở bước sóng 1,55mm và tốc độ truyền dẫn là 
2,4Gbit/s. 
4.8. Hệ thống thông tin quang Coherent PSK sử dụng kỹ thuật tách sóng 
heterodyne đồng bộ đòi hỏi mức công suất quang vào tối thiểu là –58,2dBm để 
có thể thu với BER = 10-9. Hệ thống hoạt động ở tốc độ truyền là 600Mbit/s và 
hiệu suất lượng tử của photodiode là 80%. Giả sử bộ thu hoạt động giới hạn 
bởi nhiễu bắn, hãy xác định bước sóng hoạt động của hệ thống. 
4.9. Hãy chứng minh rằng để đạt được BER = 10-9: 
a) Hệ thống homodyne ASK lý tưởng cần số photon trung bình/bit là 18. 
b) Tách sóng heterodyne FSK không đồng bộ đòi hỏi số photon trung 
bình/bit là 40. 
4.10. Hãy xác định mức công suất quang đỉnh tối thiểu có thể tách sóng được cho 
cả hai hệ thống ở bài tập 4.6 khi bước sóng truyền là 1,31mm và tốc độ hoạt 
động của hệ thống là 100Mbit/s. 
4.11. Hệ thống Coherent DPSK hoạt động ở bước sóng 1,54mm sử dụng 
photodiode có hiệu suất lượng tử là 83%. Chỉ tiêu giới hạn bởi nhiễu bắn 
BER = 0,94.10-12 đạt được ở bộ thu quang Coherent với mức công suất tối 
thiểu là 2,1nW. Hãy tính số photon trung bình/bit và tốc độ hoạt động của hệ 
thống để duy trì được BER ở trên. 
4.12. Hệ thống thông tin quang Coherent OOK sử dụng tách sóng heterodyne 
không đồng bộ có bước sóng truyền là 1,55mm. Hãy xác định số photon cần 
thiết cho một bit để có được BER = 10-10 khi tách sóng bị giới hạn bởi nhiễu 
bắn và đáp ứng của photodiode ở bước sóng hoạt động là 0,7. 
4.13. Hệ thống thông tin quang Coherent FSK sử dụng tách sóng heterodyne đồng 
bộ có bước sóng truyền là 1,3mm với suy hao trung bình của tuyến cáp là 
0,4dB/Km (bao gồm suy hao của sợi, mối hàn và khớp nối). Nếu 2mW công 
suất phóng vào sợi quang và giả sử photodiode là lý tưởng, hãy xác định 
khoảng cách cực đại của trạm lặp để duy trì BER = 10-9 ở các tốc độ: 
a) 140Mbit/s; 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
240 Hệ thống thông tin quang 
b) 2,4Gbit/s. 
4.14. Hệ thống thông tin quang Coherent DPSK hoạt động ở bước sóng 1,55mm và 
tốc độ truyền là 250Mbit/s có khoảng cách trạm lặp 300km. Hãy tính hiệu 
suất lượng tử tối thiểu cần thiết của photodiode để hệ thống có thể hoạt động 
với BER = 10-10, giả sử tách sóng bị giới hạn bởi nhiễu bắn và suy hao trung 
bình của tuyến cáp ở bước sóng hoạt động là 0,2dB/km. 
4.15. Hãy lập bảng tóm tắt các ưu điểm và nhược điểm của các kỹ thuật tách sóng 
sử dụng trong máy thu quang Coherent. 
CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM 
4.16. Kiểu tách sóng nào không quan tâm đến pha và tần số của sóng mang? 
a. Tách sóng homodyne ASK. b. Tách sóng heterodyne ASK đồng bộ. 
c. Tách sóng trực tiếp. d. Tách sóng DPSK. 
4.17. Kiểu tách sóng nào mà đầu thu cần tạo ra sóng mang cùng tần số với tín 
hiệu vào? 
a. Tách sóng trực tiếp. b. Tách sóng homodyne. 
c. Tách sóng heterodyne. 
4.18. Kiểu điều chế nào mà các bit tin được chứa đựng trong biên độ của tín hiệu 
điều chế? 
a. Điều chế ASK. b. Điều chế FSK. 
c. Điều chế PSK. d. Điều chế PolSK. 
4.19. Kiểu điều chế nào mà các bit tin được chứa đựng trong pha của tín hiệu 
điều chế? 
a. Điều chế ASK. b. Điều chế FSK. 
c. Điều chế PSK. d. Điều chế PolSK. 
4.20. Độ nhạy của bộ thu heterodyne PSK đồng bộ tốt hơn bộ thu homodyne ASK 
bao nhiêu dB? 
a. 3dB. b. 6dB. 
c. 9dB. d. 12dB. 
4.21. Kiểu tách sóng nào cho độ nhạy cao hơn? 
a. Tách sóng homodyne ASK. b. Tách sóng heterodyne ASK đồng bộ. 
c. Tách sóng trực tiếp. d. Tách sóng PSK đồng bộ. 
4.22. Trong các kỹ thuật tách sóng Coherent, kiểu nào cho máy thu có độ nhạy 
cao nhất? 
a. Tách sóng homodyne PSK. b. Tách sóng homodyne ASK. 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Chương 4: Hệ thống thông tin quang Coherent 241 
c. Tách sóng trực tiếp. d. Tách sóng PSK đồng bộ. 
4.23. Kiểu tách sóng yêu cầu băng thông bộ thu hẹp hơn? 
a. Tách sóng heterodyne PSK đồng bộ. 
b. Tách sóng heterodyne DPSK không đồng bộ. 
c. Tách sóng homodyne PSK. 
d. Tách sóng heterodyne FSK đồng bộ. 
4.24. Nếu Q(x) = 10-9 thì x bằng bao nhiêu? 
a. 7,35 b. 6,08 
c. 5,95 d. 4,68 
4.25. Nếu Q(x) = 10-10 thì x bằng bao nhiêu? 
a. 6,36 b. 6,07 
c. 7,04 d. 5,66 
4.26. Nếu Q(x) = 10-11 thì x bằng bao nhiêu? 
a. 5,08 b. 6,16 
c. 7,22 d. 6,71 
4.27. Nếu Q(x) = 10-12 thì x bằng bao nhiêu? 
a. 6,55 b. 6,87 
c. 7,25 d. 7,04 
4.28. Nhiễu nào ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của hệ thống thông tin quang 
Coherent? 
a. Nhiễu nhiệt. b. Nhiễu trắng. 
c. Nhiễu bắn. d. Nhiễu dòng tối. 
4.29. Khi công suất phát của laser không ổn định sẽ gây nên nhiễu gì cho hệ thống 
quang Coherent? 
a. Nhiễu pha. b. Nhiễu cường độ. 
c. Nhiễu bắn. d. Nhiễu dòng tối. 
4.30. Chúng ta có thể áp dụng kiểu bù tán sắc ánh sáng thông qua kỹ thuật cân 
bằng điện trong miền IF với kiểu tách sóng nào? 
a. Tách sóng Homodyne ASK. b. Tách sóng Homodyne PSK. 
c. Tách sóng Heterodyne. d. Tách sóng Homodyne. 
4.31. Hệ thống thông tin quang Coherent sử dụng kiểu tách sóng nào sẽ có cự ly 
thông tin dài hơn, giả sử công suất phát và suy hao trung bình sợi quang 
như nhau? 
a. Tách sóng Homodyne ASK. 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
242 Hệ thống thông tin quang 
b. Tách sóng Homodyne PSK. 
c. Tách sóng heterodyne FSK đồng bộ. 
d. Tách sóng trực tiếp. 
4.32. Yêu cầu của laser sử dụng trong hệ thống thông tin quang Coherent là gì? 
a. Phát ra công suất lớn. 
b. Tạo ra tín hiệu có phổ rộng. 
c. Hoạt động ở chế độ đơn mode dọc. 
d. Phát ra tần số có thể điều chỉnh được. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. J. M. Senior. Optical Fiber Communications: Principles and Practice. 
Second edition, Prentice Hall, 1993. 
2. G. Keiser. Optical Fiber Communications. Third edition, McGraw-Hill, 
2000. 
3. J. Gowar. Optical Communication Systems. Second edition, Prentice-Hall, 
1993. 
4. G. P. Agrawal. Fiber-Optic Communication Systems. Second edition, John 
Wiley & Sons, 1997. 
5. Silvello Betti, Giancarlo De Marchis, Eugenio Iannoe. Coherent Optical 
Communications Systems. John Wiley & Sons, Inc, 1995. 
6. Max Ming – Kang Liu. Principles and Applications of Optical 
Communications, 2001. 
7. Gerard Lachs. Fiber Optic Communications – Systems, Analysis, and 
Enhancements. McGraw-Hill, 1998. 
8. Vũ Văn San. Hệ thống Thông tin quang, tập 1. Nhà xuất bản Bưu điện, 7-
2003. 
9. John G. Proakis. Digital Communications. Third edition, McGrawHill, 
1995. 
10. Herbert Taub, Donald L. Schilling. Principles of Communications 
Systems. McGraw-Hill, 1986. 
11. Fuqin Xiong. Digital Modulation Techniques. Artech House–Boston–
London, 2000. 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
 ÑAÙP AÙN VAØ GÔÏI YÙ TRAÛ LÔØI MOÄT SOÁ CAÂU HOÛI 
OÂN TAÄP VAØ BAØI TAÄP 
CHƯƠNG 1 
1.1. PthSBS=80.3mW, PthSRS=1.38W. 
1.2. l=1.50mm, a=0.30dB/km 
1.3. PthSRS=2.4mm 
1.4. 0.01o 
1.5. (a) L=22.08mm và fSAW=170.4 MHz, (b) ttun= 5.87ms. 
1.6. Gợi ý: Thiết bị sau đây được gọi là phản chiếu vòng (loop mirror). 
1.14. c 1.15. a 1.16. b 1.17. c 1.18. d 1.19. e 
1.20. e 1.21. a 1.22. c 1.23. a 1.24. d 1.25. a 
1.26. b 1.27. c 1.28. d 1.29. e 1.30. b 1.31. a 
1.32. b 1.33. c 1.34. d 1.35. e 1.36. a 1.37. b 
1.38. f 1.39. e 1.40. g 1.41. c 1.42. b 1.43. c 
1.44. d 1.45. a 1.46. c 1.47. a 1.48. b 1.49. g 
1.50. f 1.51. a 1.52. d 1.53. a 
CHƯƠNG 2 
Hướng dẫn trả lời và đáp án của các câu 28 – 39: 
2.28. Công suất nhiễu ở ngõ ra mỗi bộ khuếch đại tăng lên do nhiễu ASE của bộ 
khuếch đại được cộng vào công suất nhiễu phía trước đã được khuếch đại ở 
đơn vị Watt 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
244 Hệ thống thông tin quang 
2.29. Khoảng cách lắp đặt tối đa Lmax = L.(Nmax+1) với Nmax là số bộ khuếch đại 
tối đa có thể lắp đặt được. Nmax được xác định bằng cách xác định tỉ số SNR 
tại ngõ ra của mỗi bộ khuếch đại theo cách tính như trong câu 28. Điều kiện 
để có thể lắp đặt được là SNR ≥ SNRmin = 18dB. 
2.30. b 2.31. d 2.32. c 2.33. a 2.34. c 2.35. a 
2.36. b 2.37. c 2.38. a 2.39. d 
CHƯƠNG 3 
3.25. a 3.26. b 3.27. c 3.28. d 3.29. a 3.30. a 
3.31. a 
CHƯƠNG 4 
4.1. (a) 1,93 trong 107; (b) 7´10-4 °C; (c) 50MHz 
4.4. -59,2dBm; 0,76A 
4.5. 1,32mm 
4.7. (a) 4´10-4nm; (b) 1´10-3nm 
4.8. 1,57mm 
4.10. (a) 273pW; (b) 607pW 
4.11. 500MHz 
4.12. 164 
4.13. (a) 771pW; (b) 13,2nW 
4.14. 74% 
4.16. c 4.17. b 4.18. a 4.19. c 4.20. a 4.21. d 
4.22. a 4.23. c 4.24. c 4.25. a 4.26. d 4.27. d 
4.28. c 4.29. a 4.30. c 4.31. b 4.32. c 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
CAÙC CHÖÕ VIEÁT TAÉT 
ADM Add-Drop Multiplexer Bộ xen/rớt kênh 
AOTF Acousto-Optic Tunable Filter Bộ lọc quang-âm điều chỉnh được 
APD Avalanche Photo-Diode Photodiode thác lũ 
APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động 
ASE Amplified Spontaneous Emission Phát xạ tự phát được khuếch đại 
ASK Amplitude Shift Keying Khoá dịch biên độ 
ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng 
bộ 
AWG Arrayed-Wavegiude Grating Cách tử ống dẫn sóng ma trận 
BLSR Bidirectional Line Switched Ring Vòng chuyển mạch đường dây 
song hướng 
BW BandWidth Ðộ rộng dải thông 
CPFSK Continuous Phase Frequency Shift-
Keying 
Khoá dịch tần pha liên tục 
CPM Cross Phase Modulation Ðiều chế xuyên pha 
CR Coupler Ratio Tỉ số ghép 
CW Continuous Wave Sóng quang liên tục 
DC Directional Coupler Coupler định hướng 
DCN Data Communication Network Mạng truyền số liệu 
DD Direct Detection Tách sóng trực tiếp 
DFA 
Doped-Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi được pha 
tạp chất 
DPRing Dedicated Protection Ring Vòng bảo vệ dành riêng 
DPSK Differential Phase Shift Keying Khoá dịch pha vi sai 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
246 Hệ thống thông tin quang 
DRWA Dynamic-Routing and Wavelength 
Assignment 
Định tuyến và gán bước sóng động 
DWDM Dense Wavelength Division 
Multiplex 
Ghép kênh theo bước sóng quang 
dày đặc 
DXC Digital Cross Connect Bộ kết nối chéo số 
EDF Erbium Doped Fiber Sợi quang trộn Erbium 
EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi trộn 
Erbium 
F Fineness Ðộ mịn 
FM Frequency Modulation Điều chế tần số 
FO Figure Of Merit Hệ số phẩm chất 
FPA Fabry-Perot Amplifier Bộ khuếch đại Fabry-Perot 
FSK Frequency Shift Keying Khoá dịch tần số 
FSR Free Spectral Range Dải phổ tự do 
FWM Four Wave Mixing Trộn bốn bước sóng 
IF Intermediate Frequency Trung tần 
IL Insertion Loss Suy hao xen 
IM Intensity Modulation Điều chế cường độ 
IP Internet Protocol Giao thức mạng Internet 
MPLS Multi-protocol label switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức 
MSK Minimum Shift-Keying Khoá dịch tối thiểu 
MUX Multiplexer Bộ ghép kênh 
MZF Mach-Zehnder Filter Bộ lọc Mach-Zehnder 
MZI Mach – Zehnder Interferometer Bộ giao thoa Mach – Zehnder 
NDFA Neodymium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp 
Neodymium 
NE Network Element Phần tử mạng 
NF Noise Figure Hệ số tạp âm 
OADM Optical Add-Drop Multiplexer Bộ xen/rớt kênh quang 
OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch khối quang 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Các chữ viết tắt 247 
OCh Optical Channel layer Lớp kênh quang 
OCh-P Optical Chanel-Path Ðường kênh quang 
OCh-S Optical Channel-Section Ðoạn kênh quang 
OCh-
TS 
Optical Channel-Transparent 
Section 
Ðoạn kênh quang trong suốt 
OCS Optical Circuit Switching Chuyển mạch kênh quang 
OFA Optical Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi 
OLT Optical Line Terminal Bộ kết cuối đường quang 
OMS Optical Multiplex Section Lớp đoạn ghép kênh quang 
OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang 
OSC Optical Supervision Channel Kênh giám sát quang 
OSNR Optical Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm quang 
OTDM Optical Time Division Multiplex Ghép kênh quang phân chia thời 
gian 
OTDR Optical Time Domain Reflectometer Máy đo quang dội trong miền thời 
gian 
OTS Optical Transmission Section Ðoạn truyền dẫn quang 
OTU Optical Transmit Unit Bộ chuyển phát quang 
OXC Optical Cross-Connect Bộ kết nối chéo quang 
PDFA Praseodymium-Doped Fiber 
Amplifier 
Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp 
Praseodymium 
PDH Plesiochrounous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộ 
PLL Phase - Locked Loop Vòng khoá pha 
PolSK Polarization Shift Keying Khoá dịch phân cực 
PSK Phase Shift Keying Khoá dịch pha 
RA Raman Amplifier Bộ khuếch đại Raman 
REG Regenarator Trạm lặp 
RL Reflectance/Return Loss Suy hao phản hồi 
RWA Routing and Wavelength 
Assignment 
Định tuyến và gán bước sóng 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
248 Hệ thống thông tin quang 
SAW Surface Acoustic Wave Sóng âm bề mặt 
SBS Stimulated Brillouin Scattering Tán xạ do kích thích Brillouin 
SCM SubCarrier Modulation Ðiều chế sóng mang phụ 
SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ 
SGL Sampled Grating Laser Bộ laser cách tử lấy mẫu 
SLE Static Lightpath Establishment Thiết lập lightpath tĩnh 
SMSR Sidemode Suppression Ratio Tỉ số triệt mode sóng phụ 
SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu 
SOA Semiconductor Optical Amplifier Bộ khuếch đại quang bán dẫn 
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ 
SPM Self Phase Modulation Tự điều pha 
SPR Shared Protection Ring Vòng bảo vệ chia sẻ 
SRS Stimulated Ramam Scattering Tán xạ do bị kích thích Raman 
SRWA Static-Routing and Wavelength 
Assignment 
Định tuyến và gán bước sóng tĩnh 
STM-N Synchronous Transport Module-N Mô đun truyền dẫn đồng bộ cấp N 
TDFA Thulium-Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp 
Thulium 
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian 
TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối 
TMN Telecommunication Management 
Network 
Mạng quản lý viễn thông 
TWA Traveling Wave Amplifier Bộ khuếch đại sóng chạy 
ULSR Unidirectional Line Switched Ring Vòng chuyển mạch đường dây 
đơn hướng 
UPSR Unidirectional Path Switched Ring Vòng chuyển mạch đường dẫn 
đơn hướng 
WC Wavelength Converter Bộ chuyển đổi bước sóng 
WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng 
XPC Cross Phase Modulation Ðiều chế xuyên pha 
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com