Máy đo bước sóng đa kênh Keysight 86122C (ảnh minh họa: Techmaster)
Một kênh DWDM lệch khỏi vị trí danh định thì màn hình quản trị vẫn báo xanh — cho tới khi nó đủ lệch để bộ ghép kênh cắt mất một phần công suất, hoặc để lấn sang kênh bên cạnh. Câu hỏi “kênh này đang nằm ở đâu so với lưới chuẩn” không trả lời được bằng một hình phổ đẹp; nó cần một thiết bị đọc ra tần số tuyệt đối của từng line laser. Đó là việc của máy đo bước sóng đa kênh.
Bài này giải thích máy đo bước sóng đa kênh làm gì, vì sao lưới DWDM lại được viết theo tần số, và Keysight 86122C cùng người anh em 86120D khác nhau ở đâu khi bạn phải chọn một trong hai.
Máy đo bước sóng đa kênh là gì và khác máy phân tích phổ quang ở chỗ nào?
Máy đo bước sóng đa kênh của Keysight là thiết bị dựa trên giao thoa kế Michelson, có sẵn một laser HeNe làm chuẩn nội tại. Ánh sáng cần đo và ánh sáng chuẩn cùng đi qua một cơ cấu giao thoa, nên phép đo luôn được quy chiếu về một vạch chuẩn vật lý ngay trong máy, theo thời gian thực.
Cách làm đó cho ra một loại số liệu khác hẳn máy phân tích phổ quang (OSA). OSA quét một phổ liên tục: nó thấy nền nhiễu ASE, thấy hình dạng sườn, đo được SMSR — nhưng độ chính xác bước sóng của nó tính bằng phần trăm nanomet. Máy đo bước sóng không vẽ phổ liên tục; nó tách ra từng line laser rời rạc và trả về tần số cùng công suất của chính line đó, với sai số tính bằng phần triệu.
Hai loại máy vì thế bổ sung cho nhau chứ không thay thế nhau. Nếu bạn cần đọc dải động, nền nhiễu và hình dạng phổ, hãy xem bài đo kiểm mô-đun quang: công suất phổ, bước sóng và dải động OSA. Nếu cần biết một kênh đang ở đúng tần số nào, đây là thiết bị dành cho việc đó.
Vì sao lưới DWDM được định nghĩa theo tần số chứ không theo bước sóng?
Khuyến nghị ITU-T G.694.1 (bản 10/2020) định nghĩa lưới tần số DWDM neo tại 193,1 THz, hỗ trợ khoảng cách kênh từ 12,5 GHz tới 100 GHz và rộng hơn. Bốn lưới cố định được viết thành bốn công thức: 193,1 + n × 0,0125 THz cho bước 12,5 GHz; × 0,025 cho 25 GHz; × 0,05 cho 50 GHz; và × 0,1 cho 100 GHz trở lên, với n là số nguyên bất kỳ kể cả 0. Lưới linh hoạt đi xa hơn: tần số trung tâm bước 6,25 GHz, độ rộng khe bằng 12,5 × m GHz, ghép thế nào cũng được miễn không có hai khe chồng nhau.
Điểm mấu chốt nằm ở ghi chú ngay dưới bảng kênh của chính khuyến nghị đó: bước sóng in trong bảng chỉ là giá trị xấp xỉ, còn chỉ tiêu áp cho ứng dụng DWDM được định nghĩa theo tần số trung tâm danh định. Nói cách khác, “kênh 1550,12 nm” là cách gọi cho tiện; cái được cam kết là 193,40 THz. Một thiết bị đọc thẳng ra THz, hoặc ra nm với đủ số lẻ, mới so sánh được trực tiếp với lưới đó.
Cũng cần nói rõ mức ràng buộc: G.694.1 là Recommendation, và tài liệu ghi thẳng rằng việc tuân thủ là tự nguyện. Nó tồn tại để các hệ thống của nhiều hãng nói chung một ngôn ngữ, không phải để làm quy chuẩn bắt buộc.
Lưới tần số DWDM theo ITU-T G.694.1 (ảnh minh họa: Techmaster)
Sai số ±0,2 ppm có ý nghĩa gì khi quy về một kênh 50 GHz?
Theo tài liệu kỹ thuật 5988-5422EN của Keysight, 86122C có sai số bước sóng tuyệt đối ±0,2 ppm — nhưng đi kèm một phạm vi quan trọng: chỉ tiêu này áp dụng trong khoảng 15 – 35 °C, và như mọi chỉ tiêu khác, chỉ có hiệu lực sau 15 phút máy chạy liên tục. Quy ra đơn vị bước sóng, tài liệu ghi ±0,3 pm tại cả 1550 nm lẫn 1310 nm.
Đổi sang miền tần số sẽ dễ hình dung hơn. Ở vùng băng C quanh 193,4 THz, 0,2 ppm tương đương khoảng 39 MHz — chưa tới một phần nghìn của bước lưới 50 GHz. Với 86120D, 1,5 ppm tương đương khoảng 290 MHz, tức chừng 0,6% của bước lưới đó. Hai con số này là phép quy đổi để so sánh, không phải chỉ tiêu in trong tài liệu.
Một thông số khác quan trọng không kém là khoảng cách nhỏ nhất phân giải được: 86122C tách được hai line cách nhau 5 GHz (0,04 nm tại 1550 nm), còn 86120D cần tối thiểu 15 GHz. Con số 5 GHz đáng chú ý vì nó nhỏ hơn cả bước lưới cố định mịn nhất mà G.694.1 định nghĩa là 12,5 GHz — nghĩa là 86122C vẫn đọc tách bạch hai kênh liền kề trên lưới mịn nhất, trong khi 86120D thì không. Lưu ý đây là đặc tính (characteristic) chứ không phải chỉ tiêu được bảo hành, và áp dụng cho hai line có công suất ngang nhau. Cũng cần tách bạch hai việc: 5 GHz là khả năng tách được hai line, còn chỉ tiêu độ chính xác bước sóng chỉ được công bố cho các line cách nhau từ 10 GHz trở lên (20 GHz với 86120D) và có bề rộng line trong giới hạn giả định.
86122C trên bàn đo cùng dây nhảy sợi đơn mode (ảnh minh họa: Techmaster)
86122C đọc được bao nhiêu kênh cùng lúc, và trong điều kiện nào?
Máy hiển thị tối đa 1000 line trong một lần đo — dư cho một hệ DWDM lấp đầy kênh. Tài liệu kèm một chú thích cần đọc kỹ: số line thực tế có thể bị giới hạn bởi yêu cầu công suất tín hiệu để đo bước sóng chính xác. Cụ thể, với nhiều line vào cùng lúc, độ nhạy là 30 dB dưới tổng công suất vào và không thấp hơn độ nhạy của một line đơn — đây cũng là một đặc tính (characteristic), không phải chỉ tiêu được bảo hành.
Bản thân độ nhạy cũng theo từng vùng chứ không phải một con số cho cả dải: 86122C đạt –32 dBm trong vùng 1270 – 1600 nm, nhưng chỉ –22 dBm trong vùng 1600 – 1650 nm. Ở phía trên, mức vào tối đa hiển thị được là +10 dBm tính cho tổng tất cả các line. Con số +18 dBm xuất hiện trong tài liệu là ngưỡng an toàn — trên mức đó máy có thể hỏng quang vĩnh viễn — chứ không phải mức còn đo được.
Về tốc độ: chu kỳ đo là 0,5 giây với option 86122C-100, và rút xuống 0,3 giây nếu đặt option 86122C-110. Con số 0,3 giây không phải mặc định của máy. Phép đo cũng giả định mỗi line có bề rộng không quá 2,5 GHz, kể cả biên điều chế; line rộng hơn thì dùng chế độ broadband để đo tâm phổ có trọng số.
Ngoài phép đo cơ bản, máy có sẵn ba ứng dụng: tỉ số tín hiệu trên nhiễu quang (OSNR), trôi bước sóng và công suất theo thời gian, và đặc tính laser Fabry-Perot (bước sóng trung bình, khoảng cách mode, FWHM, sigma). Cần đọc đúng phạm vi của ứng dụng OSNR: đây là đặc tính với điều kiện kèm theo — băng nhiễu 0,1 nm, các line trên –25 dBm, số liệu công bố tại 1550 nm — và kết quả phụ thuộc khoảng cách kênh: trên 35 dB với 100 lần lấy trung bình khi kênh cách nhau từ 100 GHz trở lên, nhưng trên 27 dB khi kênh chỉ cách 50 GHz.
Nên chọn 86122C hay 86120D?
Hai máy dùng chung nguyên lý và phần lớn phần cứng, nhưng nhắm vào hai bài toán khác nhau.
86122C phủ 1270 – 1650 nm và đổi lấy dải hẹp hơn để có độ chính xác cao nhất: ±0,2 ppm và phân giải 5 GHz. Đổi lại có hai cái giá. Thứ nhất là độ nhạy: ở vùng viễn thông 86122C đạt –32 dBm (1270 – 1600 nm), trong khi 86120D công bố tới –40 dBm trong dải 1200 – 1600 nm — với tín hiệu yếu thì 86120D mới là máy nghe được xa hơn, không phải 86122C. Thứ hai là điều kiện làm việc hẹp — 15 – 35 °C, dùng trong nhà, độ ẩm dưới 75% ở 35 °C.
86120D đi hướng ngược lại: phủ tới 700 – 1650 nm, tức chạm được cả vùng 850 nm của liên kết đa mode và nguồn sáng phòng thí nghiệm, đồng thời được đánh giá theo điều kiện môi trường “General Purpose” từ 0 đến +55 °C, bao gồm cả mức rung và sốc. Đổi lại, sai số tuyệt đối là ±1,5 ppm và phân giải tối thiểu 15 GHz.
Quy tắc chọn khá gọn: nếu công việc nằm trong băng C/L và bạn cần tách kênh sát nhau, chọn 86122C. Nếu nguồn sáng trải rộng từ 850 nm, hoặc máy phải sống ngoài xưởng thay vì trong phòng có điều hòa, chọn 86120D.
So sánh 86122C và 86120D theo từng phạm vi áp dụng (ảnh minh họa: Techmaster)
Cả hai đều có chu kỳ hiệu chuẩn khuyến nghị 2 năm, đầu vào sợi đơn mode 9 µm/125 µm, và điều khiển qua LAN, GPIB hoặc USB — đủ để đưa vào một trạm đo tự động. Với 86122C, Keysight công bố bảo hành 5 năm phủ không chỉ laser chuẩn mà cả phần cơ quang và phần điện tử. Giao diện đầu nối quang đặt riêng theo mã 81000xI, và tuỳ chọn đầu nối nghiêng APC (option 022) cho suy hao phản hồi 50 dB thay vì 35 dB của bản PC (option 021) — cả hai con số áp dụng cho bước sóng trên 1200 nm.
Phép đo nào nên để cho thiết bị khác?
Máy đo bước sóng rất mạnh ở đúng một việc, nên đừng bắt nó làm việc của máy khác. Muốn đo suy hao xen của linh kiện thụ động theo bước sóng, bạn cần cặp nguồn laser điều chỉnh bước sóng và quy trình đo suy hao quang đa cổng với một máy đo công suất quang đa cổng — cách này quét cả dải và đo song song nhiều cổng. Muốn nhìn dạng sóng và biểu đồ mắt của liên kết tốc độ cao thì lại là việc của máy hiện sóng lấy mẫu DCA. Còn đặc tính điện của chính con laser — dòng ngưỡng, hiệu suất — thuộc về phép đo L-I-V của điốt laser và photodiode.
Ở Việt Nam, phép đo này cần cho ai?
Theo Chiến lược phát triển hệ thống cáp quang quốc tế của Việt Nam đến năm 2030 được phê duyệt tháng 6/2024, tới năm 2027 sẽ có thêm 4 tuyến cáp quang biển mới với tổng dung lượng tối thiểu 134 Tbps, và tới năm 2030 Việt Nam đặt mục tiêu tối thiểu 15 tuyến cáp quang biển, dung lượng tối thiểu 350 Tbps. Mỗi tuyến và mỗi trạm cập bờ đều kéo theo thiết bị truyền dẫn DWDM phải được nghiệm thu, giám sát và bảo trì.
Ba nhóm người dùng rõ nhất: nhà mạng và đơn vị vận hành truyền dẫn cần xác nhận kênh nằm đúng lưới khi nghiệm thu và khi truy tìm sự cố; nhà máy sản xuất laser điều chỉnh và mô-đun thu phát cần hiệu chỉnh bước sóng trên dây chuyền — đúng bài toán mà tài liệu Keysight mô tả là “phát triển, sản xuất và kiểm tra laser phát điều chỉnh được”; và phòng đo lường cần một chuẩn bước sóng để quy chiếu cho các thiết bị quang khác.
Đo kênh DWDM tại phòng máy truyền dẫn (ảnh minh họa: Techmaster)
Câu hỏi thường gặp
Máy đo bước sóng đa kênh có thay được máy phân tích phổ quang không?
Không. Máy đo bước sóng đọc tần số và công suất của từng line laser rời rạc với sai số phần triệu, nhưng không vẽ phổ liên tục. Các phép đo cần hình dạng phổ và nền nhiễu — dải động theo khoảng cách kênh, SMSR, phổ ASE — vẫn thuộc về OSA. Trong thực tế hai máy được dùng cùng nhau.
Sai số ±0,2 ppm của Keysight 86122C có đúng ở mọi nhiệt độ không?
Không. Tài liệu ghi rõ chỉ tiêu ±0,2 ppm áp dụng trong khoảng 15 – 35 °C, cũng chính là dải nhiệt độ hoạt động của 86122C. Ngoài ra mọi chỉ tiêu chỉ có hiệu lực sau khi máy chạy liên tục 15 phút để ổn định nhiệt. Nếu môi trường không giữ được khoảng nhiệt đó, 86120D với dải 0 – +55 °C là lựa chọn hợp lý hơn, dù sai số là ±1,5 ppm.
Máy đo bước sóng đa kênh có đo được OSNR thay cho thiết bị chuyên dụng không?
Máy có ứng dụng OSNR dựng sẵn, nhưng cần đọc đúng phạm vi: đó là một đặc tính chứ không phải chỉ tiêu bảo hành, với điều kiện băng nhiễu 0,1 nm và các line trên –25 dBm, số liệu công bố tại 1550 nm. Kết quả phụ thuộc khoảng cách kênh — trên 35 dB với 100 lần lấy trung bình khi kênh cách từ 100 GHz trở lên, nhưng trên 27 dB khi kênh cách 50 GHz. Dùng để theo dõi và sàng lọc thì tốt; dùng làm số liệu nghiệm thu thì phải ghi kèm điều kiện đo.
Đưa tín hiệu quang công suất lớn vào máy đo bước sóng có sao không?
Có giới hạn rõ ràng và cần phân biệt hai mức. Mức vào tối đa để máy còn hiển thị và đo đúng là +10 dBm, tính cho tổng công suất của tất cả các line. Mức +18 dBm là ngưỡng an toàn — vượt qua đó máy có thể hỏng quang vĩnh viễn. Khi đo đầu ra bộ khuếch đại hoặc tín hiệu tổng của nhiều kênh, hãy tính tổng công suất trước, và dùng bộ suy hao nếu cần.
Kết luận
Lưới DWDM được viết bằng tần số, nên phép đo nghiệm thu cũng nên nói bằng tần số. Máy đo bước sóng đa kênh là thiết bị làm đúng việc đó: đọc từng line laser ra nm hoặc THz với sai số phần triệu, tách được các kênh sát nhau, và mang theo chuẩn của chính nó. Khi chọn máy, điều quyết định thường không phải con số ppm đẹp nhất mà là hai câu hỏi thực tế — nguồn sáng của bạn nằm ở dải nào, và máy sẽ sống trong phòng có điều hòa hay ngoài xưởng.
Techmaster Electronics là đại lý ủy quyền của Keysight tại Việt Nam. Xem thông tin máy đo bước sóng đa kênh Keysight 86122C và Keysight 86120D, toàn bộ nhóm thiết bị quang tử và lượng tử, hoặc trang tổng hợp giải pháp Keysight. Cần tư vấn cấu hình, tuỳ chọn đầu nối hay phương án hiệu chuẩn, hãy liên hệ Techmaster.
