Nghiên cứu bộ thu DPSK sử dụng giao thoa kế Michelson với Faraday quay gương

 được gọi là bộ tách 
sóng homodyne, được ứng dụng để thu tín 
hiệu DPSK. 
Hình 1. Nguyên lý hoạt động của (a) bộ giao thoa kế 
Michelson MCI và (b) Faraday quay gương FRM 
Nguyễn Thế Quang và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 181(05): 111 - 116 
113 
CẤU HÌNH THÍ NGHIỆM 
Hình 2. Cấu hình thí nghiệm của bộ thu DPSK (a) 
sử dụng MCI và (b) sử dụng MZI. Auto PC 
(polarization controller): Bộ điều chỉnh phân cực 
tự động, ODL (optical delay line): Bộ trễ quang, 
PS (phase shift): Bộ dịch pha, FRM (Faraday 
rotator mirror): Faraday quay gương. 
Cấu hình thí nghiệm của bộ thu DPSK sử 
dụng MCI được thể hiện trên Hình 2(a). Một 
tín hiệu quang 10 Gb/s NRZ-DPSK được tạo 
ra bằng một nguồn laser diode tại bước sóng 
1551,3 nm đưa vào bộ điều chế DPSK. Sau 
khi đi qua bộ điều chỉnh phân cực tự động 
Auto PC (polarization controller) và bộ cầu 
xoay, tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK này được 
cho qua bộ tách/ghép 3 dB để chia ra thành 2 
nhánh. Hai tín hiệu này được phản xạ tại 
FRM1, FRM2 và sau đó giao thoa với nhau 
tại bộ tách/ghép 3 dB. Một nhánh sẽ được đặt 
bộ trễ quang ODL (optical delay line) để điều 
chỉnh trễ 1 bit. Khi giao thoa, thông tin pha sẽ 
được biến đổi thành thông tin biên độ. Một 
nhánh còn lại sẽ đặt thêm bộ dịch pha PS 
(phase shift) để đồng bộ pha của FRM bằng 
cách điều chỉnh điện áp của bộ PS. Tín hiệu 
giao thoa được lấy ra từ bộ cầu xoay và được 
đưa vào phân tích bằng các máy đo mẫu mắt, 
BER. Hình 2(b) mô tả cấu hình thí nghiệm 
của bộ thu DPSK sử dụng MZI. Tương tự như 
bộ thu DPSK sử dụng MCI, sau khi đi qua bộ 
Auto PC, tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK được 
cho qua bộ tách/ghép 3 dB để chia ra thành 2 
nhánh. Một nhánh sẽ được đặt bộ ODL để 
điều chỉnh trễ 1 bit, nhánh còn lại sẽ đặt thêm 
bộ PS. Hai tín hiệu sau đó giao thoa với nhau 
tại bộ tách/ghép 3 dB và được đưa vào các 
máy đo mẫu mắt, BER. 
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 
Hình 3. Mẫu mắt của tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK 
với (a) bộ thu Kylia-MZI và (b) bộ thu sử dụng 
MCI (50 ps/div.) 
Hình 3(a), (b) lần lượt thể hiện mẫu mắt của 
tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK khi sử dụng bộ 
thu Kylia-MZI và bộ thu sử dụng MCI. Kết 
quả cho thấy, mẫu mắt của tín hiệu DPSK khi 
sử dụng MCI mở to, rõ nét hơn bộ thu Kylia-
MZI. Nguyên nhân là do độ rộng xung của bit 
“1” và “0” của chuỗi bit ngẫu nhiên không 
đồng đều, do đó điểm giao của chúng sẽ bị 
lệch đi. Hơn nữa, trong bộ thu Kylia-MZI, bộ 
trễ 1 bit hoạt động không chính xác nên cũng 
dẫn đến độ sai lệch độ rộng xung giữa bit “1” 
và “0”. 
Hình 4. Đặc tính BER của tín hiệu 10 Gb/s NRZ-
DPSK với bộ thu DPSK sử dụng MCI và bộ thu 
Kylia-MZI 
Hình 4 là kết quả đo BER của tín hiệu 10 
Gb/s NRZ-DPSK khi sử dụng bộ thu Kylia-
MZI, và bộ thu sử dụng MCI. So với bộ thu 
Kylia-MZI, tín hiệu DPSK của bộ thu sử 
dụng MCI tại BER=10-9 được cải thiện 2,0 
dB. Có được kết quả này là do bộ trễ 1 bit 
trong bộ thu sử dụng MCI được thiết lập 
chính xác hơn. Như vậy bộ thu DPSK sử 
Nguyễn Thế Quang và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 181(05): 111 - 116 
114 
dụng MCI có ưu điểm hơn về độ nhạy thu so 
với bộ thu Kylia-MZI. 
Hình 5. Mẫu mắt của tín hiệu 10Gb/s NRZ-DPSK 
với bộ thu DPSK sử dụng MCI và bộ thu Kylia-
MZI với tốc độ biến động phân cực (a) scan1, (b) 
scan 4, (c) scan8 (50 ps/div.) 
Để khảo sát bộ thu DPSK sử dụng MCI khi 
có sự biến động phân cực của tín hiệu, Auto 
PC được đặt trước MCI để tiến hành đo mẫu 
mắt, BER. Ở đây, Auto PC có tốc độ biến 
động là 8 mức với mức càng cao thì tốc độ 
biến động phân cực càng nhanh. Hình 5(a), 
(b), (c) lần lượt so sánh mẫu mắt của tín hiệu 
10 Gb/s NRZ-DPSK đối với máy thu Kylia-
MZI và máy thu sử dụng MCI trong trường 
hợp tốc độ biến động phân cực là scan1 (mức 
1), scan4 (mức 4), scan8 (mức 8). Kết quả 
cho thấy bộ thu DPSK sử dụng MCI đều cho 
mẫu mắt rõ nét trong tất cả tốc độ biến động 
phân cực. Ngược lại không thể quan sát được 
mẫu mắt của tín hiệu DPSK với bộ thu Kylia-
MZI trong mọi tốc độ biến động phân cực. Có 
thể nói rằng bộ thu DPSK sử dụng MCI không 
phụ thuộc vào tốc độ biến động phân cực. 
Nghiên cứu này cũng tiến hành khảo sát đặc 
tính BER của tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK 
đối với cả máy thu Kylia-MZI và máy thu sử 
dụng MCI trong trường hợp xét đến tốc độ 
biến đổi phân cực. Tuy nhiên, máy thu Kylia-
MZI không đo được BER đối với mọi tốc độ 
biến động phân cực. Hình 6 mô tả đặc tính 
BER của tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK với bộ 
thu DPSK sử dụng MCI trong các trường hợp 
tốc độ biến động phân cực là scan0 (không có 
sự biến động của phân cực tín hiệu), scan1, 
scan4, scan8. Kết quả cho thấy thiệt hại công 
suất tại BER=10-9 trong tất cả các trường hợp 
khi thay đổi tốc độ biến động phân cực so với 
không có sự biến đổi phân cực (scan0) đều 
nhỏ hơn 0,3 dB. Từ kết quả trên ta có thể kết 
luận là bộ thu DPSK sử dụng MCI phụ thuộc 
rất ít vào phân cực của tín hiệu. 
Hình 6. Đặc tính BER của tín hiệu 10Gb/s NRZ-
DPSK với bộ thu DPSK sử dụng MCI khi thay đổi 
tốc độ biến động phân cực 
Để khảo sát đặc tính bước sóng của bộ thu 
DPSK sử dụng MCI, chúng tôi đã thay đổi 
bước sóng của tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK 
trong dải bước sóng băng C (1530 nm ~ 1565 
nm) rồi sau đó xét đặc tính BER, mẫu mắt của 
tín hiệu. Hình 7 mô tả đặc tính BER của tín 
hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK với trường hợp 
bước sóng của tín hiệu  = 1530, 1535, 1540, 
1545, 1550, 1555, 1560, 1565 nm (dải bước 
sóng băng C với khoảng cách bước sóng là 5 
nm). Ta thấy khi bước sóng của tín hiệu thay 
đổi trong băng C, thiệt hại công suất của tín 
hiệu tại BER=10-9 chỉ thay đổi trong khoảng 
0,5 dB. 
Nguyễn Thế Quang và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 181(05): 111 - 116 
115 
Hình 7. Đặc tính BER của tín hiệu 10 Gb/s NRZ-
DPSK với bộ thu DPSK sử dụng MCI khi thay đổi 
bước sóng của tín hiệu 
Hình 8. Mẫu mắt của tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK 
với bộ thu DPSK sử dụng MCI trong trường hợp 
bước sóng của tín hiệu (a) 1530 nm, (b) 1535 nm, 
(c) 1540 nm, (d) 1545 nm, (e) 1550 nm, (f) 1555 
nm, (g) 1560 nm, (h) 1565 nm (50 ps/div.) 
Mẫu mắt của tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK 
ứng với các bước sóng trên được mô tả lần 
lượt trong Hình 8(a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), 
(h). Hình phía trên trong mỗi mẫu mắt hiển 
thị tín hiệu điện, trong khi đó hình phía dưới 
hiển thị tín hiệu quang. Các mẫu mắt của tín 
hiệu đều mở to, rõ nét, không có sự khác biệt 
lớn. Để có được kết quả này là do sai số góc 
phản xạ của FRM nhỏ cỡ 01 . Có thể nói rằng 
bộ thu DPSK sử dụng MCI với FRM phụ 
thuộc không đáng kể vào bước sóng của tín 
hiệu trong băng C. 
KẾT LUẬN 
Bộ thu DPSK sử dụng MCI với FRM được 
tiến hành khảo sát thực nghiệm. Bộ giao thoa 
MCI này tận dụng ưu điểm của FRM đó là 
hoạt động như một gương liên hợp pha để 
giảm ảnh hưởng của phân cực. Bộ thu DPSK 
này được so sánh với bộ thu Kylia-MZI đối 
với tín hiệu 10 Gb/s NRZ-DPSK. Kết quả thí 
nghiệm thu được cho thấy bộ thu DPSK sử 
dụng MCI có những ưu điểm vượt trội về độ 
nhạy thu, sự ổn định đối với biến đổi phân 
cực của tín hiệu. Hơn nữa, bộ thu DPSK sử 
dụng MCI không phụ thuộc nhiều vào tần số 
của tín hiệu tại băng C. Những kết quả của 
nghiên cứu này là tiền đề để khảo sát của bộ 
thu DPSK sử dụng MCI với FRM dưới ảnh 
hưởng của tham số tán sắc mode phân cực. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. R. Ramaswami, and K. N. Sivarajan (1998), 
Optical networks: a practical perspective, Morgan 
Kaufmann Publishers Inc. 
2. H. Kogelnik (2000), “High-capacity optical 
communications: Personal recollections,” IEEE 
Journal of Selected Topics in Quantum 
Electronics, vol. 6, no. 6, pp. 1279–1286. 
3. W. A. Atia, and R. S. Bondurant (1999), 
“Demonstration of return-to-zero signaling in both 
OOK and DPSK formats to improve receiver 
sensitivity in an optically preamplified receiver,” 
in IEEE Lasers and Electro-Optics Society 12th 
Annual Meeting, paper TuM3, vol. 1. 
4. C. Xu, X. Liu, and X. Wei (2004), “Differential 
phase-shift kevying for high spectral efficiency 
optical transmissions,” IEEE Journal of Selected 
Topics in Quantum Electronics, vol. 20, no. 2, pp. 
281–293. 
Nguyễn Thế Quang và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 181(05): 111 - 116 
116 
5. A H. Gnauck, P. J. Winzer (2005), “Optical 
phase-shift-keyed transmission,” IEEE Journal of 
Lightwave Technology, vol. 23, no. 1, pp. 115–
130. 
6. A. D. Kersey, M. J. Marrone, and M. A. Davis 
(1991), “Polareation-Insensitive Fiberoptic 
Michelson Interferometer” IEEE Electronics 
Letters, vol. 27, no. 6, pp. 518–519. 
SUMMARY 
INVESTIGATION OF DPSK RECEIVER SYSTEM BY USING MICHELSON 
INTERFEROMETER WITH FARADAY ROTATING MIRROR 
Quang Nguyen-The
1,*
, Nguyen Hong Kiem
1
, Kouhei Shimazaki
2
, Naoto Kishi
2 
1Le Quy Don Technical University; * Email: quangnt@mta.edu.vn 
2The University of Electro-Communications, Tokyo, Japan 
DPSK (differential phase shift keying) have become an important modulation format because of 
suitability for next-generation optical fiber communication systems. In this paper, we report the 
demonstration of a DPSK receiver based on Michelson interferometer (MCI). The MCI configured 
with Faraday rotator mirror to confirm the reduction in polarization sensitivity. The Faraday 
rotator mirror serves as a phase conjugate mirror by creating a phase delay of 90 degrees. The 
performances of the DPSK receiver using MCI and a conventional DPSK receiver Kylia using 
Mach-Zehnder interferometer (MZI) are compared in terms of signal of bit error rate (BER), 
polarization fluctuation. According to the experimental results, the DPSK receiver using MCI 
achieved low distortion, polarization-insensitive as well as wavelength-shift-free operation. 
Keywords: Optical fiber communication; DPSK receiver system; polarization fluctuation; 
Michelson interferometer; Faraday rotator mirror 
Ngày nhận bài: 27/3/2018; Ngày phản biện: 04/4/2018; Ngày duyệt đăng: 31/5/2018 
*
Tel: 0968.506069, Email: quangnt@mta.edu.vn