Ghep kenh quang

H thng thụng tin quang B mụn truyn dn Mở đầu Sợi quang với các u điểm nổi trội đã trở thành đờng truyền viễn thông chủ đạo hiện nay. Băng thông của sợi quang rất rộng tới hàng trăm THz cho phép truyền dẫn số siêu tốc độ. Các phơng pháp ghép kênh tín hiệu đã đợc thực hiện để tận dụng năng lực truyền dẫn của sợi quang. Ghép kênh trong miền tín hiệu điện có thể tạo ra luồng số hàng chục Gbit/s nhng khó có thể tăng nhanh do công nghệ tích hợp mạch điện tử bị giới hạn. Các phơng pháp ghép kênh trong miền tín hiệu quang cho hiệu quả nâng tốc độ truyền dẫn lên nhanh chóng tới hàng trăm Gbit/s thậm chí tới hàng Tbit/s mà không phụ thuộc vào công nghệ mạch điện. Hiện nay các hệ thống thông tin quang thế hệ mới đang kết hợp cả 2 công nghệ ghép kênh tín hiệu điện và ghép kênh tín hiệu quang. Trong phần ghép kênh quang đang phổ biến là ghép kênh bớc sóng (Wavelength Devision Multiplexing) và ghép kênh thời gian (Optical time Division Multiplexing - OTDM). Bài giảng sẽ giới thiệu về các phơng pháp ghép kênh quang này. Nội dung PHN 1: GHẫP KấNH QUANG I. Ghép kênh quang theo bớc sóng (WDM) 1- Khái niệm Ghép kênh theo bớc sóng (WDM) là ghép các kênh tín hiệu quang có bớc sóng khác nhau trên một sợi quang. Mỗi kênh tín hiệu quang đợc truyền dẫn ở một bớc sóng trong dải bớc sóng công tác của sợi quang. 2- Hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bớc sóng Hệ thống WDM có thể là 1 hớng (dùng 2 sợi quang) hoặc 2 hớng (dùng 1 sợi quang), số lợng kênh tùy theo yêu cầu. Trong khuyn cỏo ITU-G.692 cỏc kờnh cỏch nhau mt khong 50 GHz (tng ng vi khong cỏch bc súng l 0.4nm). Sơ đồ tổng quát của hệ thống ghép kênh theo bớc sóng đợc minh hoạ nh hình 1. Trên hình 1 là hệ thống ghép 4 kênh quang theo bớc sóng (1 hớng). Bốn nguồn phát quang (LD1, LD2, LD3 và LD4) riêng biệt làm việc với các bớc sóng khác nhau (1, 2, 3, 4). Tín hiệu điện từ các kênh (kênh 1, kênh 2, kênh 3, kênh 4) riêng biệt đợc đa vào điều chế với từng sóng mang quang tơng ứng bằng bộ điều chế trong hoặc ngoài. Sau khi điều chế tín hiệu quang mang tin tức tại đầu ra của các nguồn quang với các bớc sóng tơng ứng (1, 2, 3, 4) sẽ đợc kết hợp vào một sợi duy nhất thông qua bộ ghép bớc sóng. Tổ hợp sóng mang quang đã điều chế đợc ghép vào sợi truyền đến đầu thu (vì bộ ghép phụ thuộc vào bớc sóng nên đặc tính tiêu hao của nó sẽ khác nhau đối với các bớc sóng khác nhau). Trong h thng WDM, ngun phỏt quang c dựng l laser. Yờu cu i vi ngun phỏt laser l phi cú rng ph hp, bc súng phỏt ra n nh, mc cụng sut phỏt nh, bc súng trung tõm, rng ph phi nm trong gii hn cho phộp. 1 H thng thụng tin quang B mụn truyn dn Tại đầu thu, Bộ tách bớc sóng (WDM) sẽ phân chia các sóng mang quang có các bớc sóng khác nhau (1, 2, 3, 4) vào từng nguồn thu quang (PD1, PD2, PD3, PD4) tơng ứng để khôi phục lại luồng tín hiệu điện tơng ứng với từng kênh nh ở đầu phát. Với kỹ thuật xử lý ghép bớc sóng cũng không quá phức tạp, hiện nay phơng pháp ghép kênh theo bớc sóng đang đợc ứng dụng rất rộng rãi. 3- Một số thiết bị ghép-tách kênh quang theo bớc sóng Thiết bị ghép/tách bớc sóng có nhiều dạng và cấu trúc khác nhau. Một số thiết bị có tính chất thuận - nghịch, nghĩa là giữa bộ ghép và bộ tách chỉ thay đổi cổng vào và cổng ra. Thiết bị ghép có các loại: Coupler, bộ lọc, cách tử, lăng kính. Thiết bị tách có các loại: Bộ lọc, cách tử, lăng kính. a. B ghộp/tỏch tớn hiu (Coupler) Coupler l thit b quang dựng ghộp/tỏch cỏc tớn hiu truyn n/t cỏc si quang khỏc nhau m khụng la chn bc súng. Coupler c ch to bng cỏch t 2 si quang cnh nhau, sau ú va nung chy chỳng kt hp vi nhau va kộo dón ra to thnh mt vựng ghộp. Hình 2: Cấu tạo coupler Tớn hiu t 2 u vo c kt hp trong vựng ghộp v a ra 2 u ra vi s cú mt ca c hai tớn hiu ti mi u ra. Nu ch mt u vo cú tớn hiu thỡ tớn hiu s c chia 2 u ra vi gúc lch pha nhau 90 0 . Coupler cú th phõn phi cụng sut ra cỏc cng theo t l khỏc nhau. Ph bin nht l loi t l 1/2 v c gi l coupler 3dB. Trong h thng WDM coupler dựng lm b ghộp hoc chia cụng sut ti cỏc im. 2 LD1 LD2 LD3 LD4 WDM WDM PD1 PD2 PD3 PD4 Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1, 2, 3, 4 Hình 1: Hệ thống ghép kênh theo bước sóng H thng thụng tin quang B mụn truyn dn b. Thiết bị tách kênh dùng bộ lọc màng mỏng B lc mng mng cng l mt dng ca giao thao k Fabry-Perot, trong ú cỏc gng bao quang hc cng hng c hin thc bng nhiu lp mng mng in mụi cú th phn x c. Khi tia sáng đi vào bộ lọc thì hiện tợng giao thoa ánh sáng xảy ra do phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hởng. B lc ny l b lc di thụng ch cho mt bc súng nht nh i qua v phn x tt c cỏc bc súng cũn li. Bộ lọc thông dải cần phải đáp ứng yêu cầu về độ dốc sờn, đờng cong hàm truyền đạt phải đủ lớn để tránh xuyên âm giữa các kênh kề nhau và độ rộng dải thông có dung sai cho phép để đề phòng dịch bớc sóng trung tâm. Bộ tách kênh dùng bộ lọc m ng mỏng đ ợc minh hoạ nh hình 4. Trong bộ tách nhiều bớc sóng sử dụng bộ lọc màng mỏng ta thấy, khi cần tách n kênh (bớc sóng) tín hiệu thì phải cần n-1 bộ lọc. Do vậy, thiết bị WDM sử dụng bộ lọc màng mỏng không thích hợp cho hệ thống có quá nhiều bớc sóng hoặc khi các bớc sóng này quá gần nhau. c. Thiết bị ghép/tách bớc sóng dùng cách tử Thiết bị cách tử là một mặt phẳng quang có khả năng truyền hoặc tán xạ ánh sáng, trên mặt nó có khắc nhiều rãnh (từ hàng chục đến hàng nghìn rãnh trên một mm). 3 Hình 4: Bộ tách kênh quang dùng bộ lọc m ng mỏng 1, 2, . n Bộ lọc (1) 1 2 3 4 Bộ lọc (2) Bộ lọc (3) Bộ lọc (4) n Hình 3: Cấu tạo và đặc tuyến bộ lọc màng mỏng 0 -10 -20 -30 -40 Hm truyn t cụng sut (dB) 0 / 0.998 1 1.002 3 hc cng hng 2 hc cng hng 1 hc cng hng Chiết suất cao Chiết suất thấp Hc cng hng 1 Hc cng hng 2 Hc cng hng 3 Gương phản xạ 1, 2, . n 1 H thng thụng tin quang B mụn truyn dn Trong WDM cỏch t c dựng nh l mt b tỏch kờnh tỏch cỏc bc súng hoc nh l mt b ghộp kờnh kt hp cỏc bc súng. Thit b tỏch/ghộp kờnh dựng cỏch t l thit b cú tớnh cht thun nghch. Cấu tạo cơ bản của một cách tử đợc minh hoạ nh hình 5. Cách tử có khả năng tách tia sáng nhiều bớc sóng thành các tia có hớng khác nhau và mỗi tia là một bớc sóng. Góc tán xạ phụ thuộc vào khoảng cách rãnh (gọi là bớc cách tử) và góc tới của tia sáng. Một ứng dụng của cách tử đợc minh họa nh hình sau. Ngời ta cũng có thể dùng cách tử để ghép n kênh (n bớc sóng) quang. Trong WDM cỏch t c s dng rng rói l cỏch t Bragg si quang. Cỏch t ny l on si quang cú s bin i tun hon chit sut mụi trng truyn súng (Tham kho trong K thut thụng tin quang 2-HVBCVT) Thiết bị dùng cách tử là thiết bị nhỏ, gọn, đơn giản, tiêu hao thấp và số kênh lớn. d. Thiết bị ghép/tách bớc sóng dùng lăng kính Chiết suất của vật liệu phụ thuộc vào bớc sóng Từ công thức của định luật khúc xạ: n 1 sin = n 2 sin Góc khúc xạ của tia sáng phụ thuộc vào bớc sóng của tia sáng Ngời ta sử dụng tính chất chỉ số khúc xạ thay đổi theo bớc sóng ánh sáng để chế tạo thiết bị ghép/tách bớc sóng dùng lăng kính. Thiết bị loại này có tính thuận nghịch. Một cấu trúc đơn giản của nó đợc minh hoạ nh hình 7. 4 1, 2, 3 1 2 3 Hình 5: Cách tử tán xạ 1 2 1, 2 Thấu kính hội tụ Cách tử Hình 6: Bộ tách bước sóng dùng cách tử và thấu kính 1 2 1, 2 Thấu kính Lăng kính Hình 7: Bộ tách bước sóng dùng lăng kính H thng thụng tin quang B mụn truyn dn Bộ ghép này có u điểm là có thể tách đợc các tia ngay cả khi ánh sáng có một dải bớc sóng rộng, nhng giá thành lăng kính cao. II. Ghép kênh quang theo thời gian (OTDM) 1- Khái niệm Ghép kênh theo thời gian tín hiệu quang (OTDM) là phơng pháp ghép các xung quang của các kênh quang khác nhau lên trục thời gian tại các thời điểm khác nhau. Mỗi thời điểm chỉ có tín hiệu của một kênh quang đợc truyền đi. Giới hạn dung lợng của hệ thống thông tin quang ghép theo thời gian đợc xác định bằng độ rộng khe thời gian của kênh quang riêng rẽ (T B ) và chu kỳ lặp lại của dãy xung laser (T L ). Nếu độ rộng xung quang của mỗi kênh là T B và chu kì của chuỗi xung là T L thì số kênh đợc ghép là: N T L / T B N max = T L / T B Thực tế N < N max vì hiện tợng tán sắc Đòi hỏi giữa các xung quang cần có một khoảng thời gian phòng vệ. Độ lớn của khoảng thời gian phòng vệ đợc xác định từ mức nhiễu giao thoa giữa các kênh. 2- Hệ thống thông tin quang ghép kênh theo thời gian Sơ đồ cơ bản của hệ thống ghép kênh quang theo thời gian đợc mô tả nh hình 8 Hình 8 : Hệ thống ghép kênh quang theo thời gian Trong h thng OTDM, nhiu tớn hiu quang cú tc bit B T chia s cựng tn s súng mang v c ghộp trong min quang to chui bit cú tc NB, vi N l s kờnh. Phớa mỏy phỏt, mt laser to ra chui xung cú chu k tc bng vi tc bit B T ca mt kờnh. Tuy nhiờn, laser s to ra cỏc xung cú rng T p sao cho T p < T B = 1/NB T m bo mi xung va vi v trớ ca nú khe thi gian T B . u ra ca laser c chia thnh 5 Kênh tín hiệu số H thng thụng tin quang B mụn truyn dn N nhỏnh bng nhau, sau ú c khuch i nu cn thit. B iu ch mi nhỏnh iu ch cỏc xung quang to ra N chui bit c lp tc bit B T. Ghộp N chui bit c thc hin bng k thut lm tr. Theo s ny, chui bit ca nhỏnh th n c lm tr mt lng (n-1)/(NB T ), n = 1, 2, , N. u ra ca tt c cỏc nhỏnh c t hp li to tớn hiu ghộp OTDM tng ng vi tc bit NB T . Phớa thu vic tỏch kờnh cú cỏc k thut khỏc nhau. Tuy nhiờn, tt c cỏc k thut tỏch kờnh yờu cu tớn hiu ng h cú tn s trựng vi tc mt kờnh. Tớn hiu ng h ny l dng in s dng cho c ch quang - in, nhng tớn hiu ng h phi l cỏc xung quang nu tỏch kờnh theo c ch ton quang. Cỏc b gii iu ch thc hin tỏch quang thnh tớn hiu in v gii iu ch in phự hp phng thc iu ch phớa mỏy phỏt. Hiện nay phơng pháp ghép kênh theo thời gian đang đợc nghiên cứu thử nghiệm và từng bớc đa vào ứng dụng hứa hẹn nhiều thành công. ở Nhật đã có hệ thống thơng mại OTDM 160Gbit/s cự li 70Km. Sau ghép kênh quang các luồng tín hiệu lại có thể thực hiện điều chế DPSK nhiều mức để tạo ra luồng tín hiệu quang siêu tốc độ. Các thử nghiệm cho thấy các luồng OTDM 640Gbit/s qua điều chế 2DPSK, hoặc các luồng OTDM 160Gbit/s qua điều chế 4DPSK thành luồng1,28Tbit/s có khả năng hiện thực. 3- Một số thiết bị ghép-tách kênh quang theo thời gian Ton b b ghộp OTDM cú th c xõy dng t cỏc si quang n mode (tr b iu ch cú th l LiNbO 3 hoc l cht bỏn dn). Cỏc dõy tr quang cng c ch to t cỏc on si, vi tr c iu khin thụng qua chiu di si. Vớ d: 1mm si tng ng tr 5ps (gi s si cú chit sut 1,5). Vic ghộp tớn hiu cỏc kờnh cú th c thc hin bng cỏc coupler quang 1ìN. Vic tỏch cỏc kờnh t tớn hiu OTDM s dng k thut quang - in hoc k thut ton quang. a. B iu ch quang (MZM) Hỡnh 9: B iu ch quang MZM MZM hay cũn gi l Lithium niobate (LiNbO 3 ) modulator cú cu trỳc Mach-Zehnder. Chit sut ca lithium niobate ph thuc vo in ỏp phõn cc. nh sỏng do laser phỏt ra khi 6 Laser diode Fiber Laser diode Fiber V G +V -V Hệ thống thông tin quang Bộ môn truyền dẫn đi vào ống dẫn sóng được chia làm hai phần bằng nhau. Khi không có điện áp phân cực, cả hai nữa sóng ánh sáng tới không bị dịch pha. Vì vậy, ở đầu ra của bộ điều chế sóng ánh sáng kết hợp có dạng của sóng ánh sáng ban đầu. Khi có điện áp phân cực, một nửa của sóng tới bị dịch pha +90 o vì chiết suất của một nhánh của ống dẫn sóng giảm, làm tăng vận tốc truyền. Một nữa kia của sóng tới ở nhánh còn lại của ống dẫn sóng bị dịch pha -90 o vì chiết suất tăng, làm vận tốc truyền ánh sáng giảm. Kết quả là, hai nữa sóng ánh sáng ở đầu ra của MZM bị lệch pha 180 o và triệt tiêu lẫn nhau. Như vậy, ánh sáng ở đầu ra của MZM có thể được điều khiển bằng tín hiệu điện để thực hiện một quá trình điều chế . b. Bộ tách kênh quang theo thời gian kiểu quang-điện Hình 10: Bộ tách kênh thời gian dùng MZ Kỹ thuật quang - điện sử dụng nhiều bộ điều chế LiNbO 3 loại MZ (Mach Zehnder) mắc nói tiếp nhau. Mỗi bộ điều chế sẽ loại bỏ đi nửa số kênh (theo cách luân phiên các bit của tín hiệu vào). Do đó, hệ thống OTDM 8 kênh cần 3 bộ điều chế, được điều khiển cùng tín hiệu xung đồng hồ dưới dạng điện, nhưng khác nhau về điện áp 4V 0 , 2V 0 , và V 0 . Ở đây V 0 là điện áp cần cho độ dịch pha π trong một nhánh của bộ giao thoa MZ. Các kênh khác nhau được lựa chọn bằng cách thay đổi pha của tín hiệu đồng hồ. Ưu điểm chính của kỹ thuật này là sử dụng các linh kiện sẵn có. Tuy nhiên nó có nhiều nhược điểm như yêu cầu một lượng lớn các linh kiện đắt tiền, một số linh kiện này cần điện áp hoạt động cao và quan trọng nhất là bị giới hạn tốc độ của các bộ điều chế. c. Bộ tách kênh quang theo thời gian kiểu toàn quang sử dụng gương vòng quang phi tuyến NOLM Hình 11: Bộ tách kênh thời gian sử dụng NOLM Tách kênh tín hiệu OTDM bằng NOLM được hiểu như sau. Tín hiệu đồng hồ là một chuỗi các xung quang có tốc độ bằng với tốc độ bit của một kênh được đưa vào vòng sao cho 7 Hệ thống thông tin quang Bộ môn truyền dẫn nó chỉ truyền theo chiều quay kim đồng hồ (Theo/ngược chiều kim đồng hồ -Clock wise/ counter clock wise) . Tín hiệu OTDM đi vào NOLM sau khi được chia làm hai phần bằng nhau truyền theo hai hướng ngược nhau bằng coupler 3dB. Tín hiệu đồng hồ gây dịch pha các xung ở một kênh nào đó trong tín hiệu OTDM ở đoạn sợi quang phi tuyến (xảy ra hiệu ứng điều chế chéo pha XPM). Công suất tín hiệu quang và chiều dài vòng được chế tạo đủ lớn để tạo ra sự dịch pha này là π. Kết quả là một kênh được tách ra bởi NOLM, còn các kênh còn lại phản xạ ngược về cổng vào. Tất cả các kênh có thể được tách cùng lúc bằng cách sử dụng nhiều NOLM mắc song song nhau. d. Bộ tách kênh quang theo thời gian kiểu toàn quang sử dụng quang phi tuyến trộn 4 bước sóng FWM Hình 12: Bộ tách kênh thời gian sử dụng FWM Tín hiệu OTDM được ghép vào môi trường phi tuyến cùng với tín hiệu đồng hồ (ở bước sóng khác). Tín hiệu đồng hồ đóng vai trò nguồn bơm để tạo ra FWM. Trong các khe thời gian mà xung đồng hồ chồng lấp với bit 1 của kênh cần tách, thì WFM sinh ra xung ở bước sóng mới. Kết quả là chuỗi xung ở bước sóng mới trùng khớp với kênh cần tách. Bộ lọc quang được sử dụng để lấy kênh được tách ra khỏi tín hiệu OTDM và tín hiệu đồng hồ. Tham khảo thêm trong tài liệu: Kawanishi OTDM 2004. 8 Hệ thống thông tin quang Bộ môn truyền dẫn PHẦN 2: KHẾCH ĐẠI QUANG 2.1 TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG 2.1.1 Giới thiệu khuếch đại 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 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: 9 Hệ thống thông tin quang Bộ môn truyền dẫn - 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. 2.1.2 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 dưới: 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 hν12 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. 10 [...]... 2.1.5 Ứng dụng của khuếch đại quang Khuếch đại quang được ứng dụng trong các 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 12 Hệ thống thông tin quang Bộ môn truyền dẫn theo vị trí lắp đặt, các bộ khuếch đại trên tuyến truyền dẫn quang được chia làm ba loại:... 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 2.1.3 Phân loại khuếch đại quang Tổng quát, cấu tạo của một bộ khuếch đại quang có thể được biểu diễn như hình 2.3 11 Hệ thống thông tin quang Bộ... ở mức cực tiểu và thực hiện việc trao đổi tốt tín hiệu quang với sợi quang truyền dẫn Tiền khuếch đại (Preamplifier): là các bộ khuếch đại quang được đặt ngay trước thiết bị thu quang nhằm khuếch đại tín hiệu ngay trước khi tín hiệu được đưa vào thiết bị Điều này làm giảm yêu nghiêm ngặt của độ nhạy thiết bị thu và cho phép hệ thống truyền dẫn quang hoạt động với tốc độ bit cao hơn Do vị trí lắp đặt,... hiệu quang (optical signal processing applications) 2.3 BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI PHA TRỘN ERBIUM (EDFA) 2.3.1 Các cấu trúc EDFA Cấu trúc của một bộ khuếch đại quang sợi pha trộn Erbium EDFA (ErbiumDoped Fiber Amplifier) được minh họa trên hình 2.9 Trong đó bao gồm: - Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium EDF (Erbium-Doped Fiber): là nơi xảy ra quá trình khuếch đại (vùng tích cực) của EDFA Cấu tạo của sợi quang. .. 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 độ lợi cực đại vì công suất tín hiệu ngõ vào lớn Khuếch đại đường dây (In-line Amplifier): là các bộ khuếch đại quang được đặt trên tuyến quang nhằm mục đích... 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... khuếch đại trên đường truyền quang, các bộ khuếch đại quang SOA và OFA còn được sử dụng trong các bộ chuyển đổi bước sóng Việc chuyến đổi bước sóng được thực hiện dựa trên hiện tượng bảo hòa độ lợi và hiện tượng trộn bốn bước sóng FWM (Four-Wave Mixing) xảy ra trong các bộ khuếch đại quang Chi tiết về các ứng dụng này có thể tham khảo trong các tài liệu [1], [2] 2.2 BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG BÁN DẪN (SOA) 2.2.1... so với EDFA khi được dùng làm khuếch đại quang Do đó, cho dù SOA được nghiên cứu và chế tạo từ trước EDFA, nhưng SOA không được sử dụng làm bộ khuếch đại quang trong hệ thống WDM cũng như các hệ thống truyền dẫn quang khác hiện nay Thay vào đó, dựa trên các hiệu ứng phi tuyến đáp ứng nhanh của SOA, SOA được dùng trong các ứng dụng khác của hệ thống thông tin quang như: bộ biến đổi bước sóng (wavelength... 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. .. thấp hơn bao quanh vùng lõi Lớp phủ (coating) bảo vệ bao quanh sợi quang tạo bán kính sợi quang tổng cộng là 250 μm Lớp phủ này có chiết suất lớn hơn so với lớp bọc dùng để loại bỏ bất kỳ ánh sáng không mong muốn nào lan truyền trong sợi quang Nếu không kể đến chất pha erbium, cấu trúc EDF giống như sợi đơn mode 15 Hệ thống thông tin quang Bộ môn truyền dẫn chuẩn trong viễn thông Ngoài ra, EDF còn được . cỏc coupler quang 1ìN. Vic tỏch cỏc kờnh t tớn hiu OTDM s dng k thut quang - in hoc k thut ton quang. a. B iu ch quang (MZM) Hỡnh 9: B iu ch quang MZM. Ghép kênh quang theo thời gian (OTDM) 1- Khái niệm Ghép kênh theo thời gian tín hiệu quang (OTDM) là phơng pháp ghép các xung quang của các kênh quang khác