Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng

Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Thế kỉ XXI chứng kiến phát triển vượt bậc công nghệ thông tin viễn thông, đặc biệt hệ thống công nghệ thông tin sợi quang trong 25 năm qua Sự nhảy vọt có nhờ phát triển công nghệ quang điện tử học sử dụng để khai thác băng thông tiềm sợi quang Ngày nay, hệ thống vận hành với tỷ số bit vượt qua 100Gb/s nhờ kĩ thuật dồn kênh chia bước sóng (WDM) Sợi quang mang lại cho băng thông tốc độ đường truyền cao nhiều so với cáp đồng Xong hệ thống thông tin quang, cự li truyền bị giới hạn bới suy hao sợi quang Vì vậy, hệ thống thông tin quang cự ly dài để bù suy hao đường truyền dùng trạm lặp quang – điện Khi tín hiệu quang chuyển thành tín hiệu điện, tái tạo xung truyền tín hiệu điện thành tín hiệu quang để tiếp tục trình truyền tải Các trạm lặp có cấu tạo phức tạp, giá thành cao hệ thống WDM Vì vậy, để bù suy hao người ta đưa giải pháp sử dụng khuếch đại quang để khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang mà không yêu cầu chuyển đổi miền điện Các khuếch đại quang có hai loại: khuếch đại quang sợi (OAF) khuếch đại quang bán dẫn (SOA) OAF sử dụng rộng rãi làm khuếch đại đường truyền để bù suy hao sợi quang Tuy nhiên, với ưu điểm kĩ thuật chế tạo thiết kế linh kiện quang, SOA cho thấy khả ứng dụng cao Ngoài ứng dụng làm phần tử khuếch đại, SOA có nhiều ứng dụng khác chuyển mạch quang chuyển đổi bước sóng Những chức cần thiết cho mạng quang suốt không cần chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng Trong khuếch đại quang, khuếch đại diễn vùng tích cực Cái tín hiệu quang khuếch đại với hệ số lớn hay nhỏ phụ thuộc vào lượng cung cấp từ nguồn bơm Các nguồn bơm có cấu tạo phụ thuộc vào cấu tạo vùng tích cực Trong rài liệu này, xin giới thiệu vài nét khuếch đại quang bán dẫn SOA ứng dụng SOA thực tế I TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG Giới thiệu khuếch đại quang Thông tin sử dụng sợi quang gặp hạn chế là: độ suy hao độ tán sắc Độ suy hao dẫn đến suy giảm lượng tín hiệu làm giảm khoảng cách truyền tin Vì thế, suy hao sợi vấn đề quan trọng thiết kế, xác định lặp khuếch đại hệ thống sóng ánh sáng cự ly xa, Trong độ tán sắc lại sinh mở rộng xung quanh nhiều giao thoa liên kí hiệu (intersymbol interference – dạng méo tín hiệu cực đại phụ giao thoa với cực phụ con) gia tăng tỉ số lỗi (BER – bit error rate) hệ thống Nếu xung quanh mở rộng bit slot chúng tín hiệu suy giảm lớn dẫn đến khôi phục với độ xác cao Độ tán sắc chủ yếu làm hạn chế dải thông sợi quang Hình 1.1, suy hao sợi quang silic kiểu đơn nhỏ vùng bước sóng 1.55µm (0.2dB/Km) Suy hao cao chút vùng 1.3πm (0.5dB/Km) Hình 1.1: Phổ suy hao đặc trưng sợi quang silic kiểu đơn suy hao Phổ tán sắc sợi silic kiểu đơn minh hoạ hình 1.2, nhỏ vùng tán sắc 1.3µm lớn vùng bước sóng gần 1.5µm Do Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng giá trị phổ suy hao tán sắc nhỏ cửa số 1.55µm 1.3µm chúng vùng bước sóng sử dụng hệ thống thông tin sợi quang thương mại Các hệ thống thông tin quang sử dụng vùng 830nm, chủ yếu đường dẫn có khoảng truyền ngắn với tỉ số bit trung bình mà không yêu cầu khuyếch đại quang Hình 1.2: Phổ tán sắc đặc trưng sợi quang silic kiểu đơn Khi cự li truyền dẫn sợi quang tăng, độ suy hao tín hiệu độ tán sắc tăng lên Do đó, số điểm đường dẫn thông tin sợi quang, tín hiệu quang cần phục hồi lại Việc phục hồi bao gồm việc phát biến đổi photon – electron, khuếch đại điện, dịch thời gian, điều chỉnh dạng xung truyền lại Suy hao khắc phục lặp trạm quang điện Trong trạm lặp quang điện (hình 1.3) , trình khuyêch đại quang thực qua nhiều bước Hình 1.3: Cấu trúc lặp trạm quang điện Hoạt động trạm lặp: Tín hiệu quang biến đổi thành dòng điện thu quang (optical receiver) sử dụng linh kiện tách sóng quang Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng PIN hay ADP Dòng quang điện thu tái tạo lại dạng xung, định thời khuếch đại mạch phục hồi tín hiệu mạch khuếch đại Sau đó, tín hiệu điện chuyển thành tín hiệu quang thông qua nguồn quang phát quang (optical transmitter) truyền sợi quang Như vậy, trình khuyếch đại thực miền điện Các trạm lặp quang điện sử dụng phổ biến hệ thống truyền dẫn quang bước sóng hệ thống truyền dẫn qang SDH Tuy nhiên, sử dụng cho hệ thống quang đa bước sóng hệ thống WDM, rẩt nhiều trạm lặp quang điện cần sử dụng để sử dụng tái tạo kênh quang có bước sóng khác Điều làm tăng độ phức tạp tăng giá thành hệ thống truyền dẫn quang WDM Một giải pháp khắc phục nhược điểm trạm lặp quang điện, sử dụng khuếch đại quang (Optical Amplifer) Trong khuếch đại này, tín hiệu ánh sáng khuếch đại trực tiếp miền quang mà không qua việc biến đổi sang miền điện So với trạm lặp, khuếch đại quang có ưu điểm sau: - Khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang, mạch tái tạo thời gian hay mạch phục hồi (bộ biến đổi E/O O/E) Do đó, khuếch đại quang trở lên linh hoạt - Không phụ thuộc vào tốc độ bit phương thức điều chế tín hiệu nên nâng cấp hệ thống đơn giản Nhưng ngược lại, phương thức có số nhược điểm sau: - Nó tham gia vào việc làm đứt đường dẫn quang không suốt mặt quang ( tức phụ thuộc vào tính chất tín hiệu quang đầu vào ) - Quá trình tái sinh phụ thuộc vào dạng điều chế tín hiệu tỉ số bit nên không suốt điện Điều tạo nhiều khó khăn cần nâng cấp đường dẫn Một cách lí tưởng, nâng cấp đường truyền phải bao hàm thay đổi thay thiết bị đầu cuối ( máy phát, máy thu ) - Khi khôi phục hệ thống ohức tạp điều khiển từ xa khó truy cập tới vị trí đường truyền biển độ an toàn hệ thống dễ bị hư hại Vì vậy, hệ thống mà suy hao sợi quang nhân tố hạn chế khuếch đại quang nội tiếp sử dụng thay khôi phục Thực chất, thiết bị tin cậy giá thành rẻ Hơn nữa, khuếch đại quang nội tuyến có lợi máy công suất (Power booster) Bên cạnh đó, ứng dụng hệ thống khuếch đại quang hữu ích khối khuếch đại quang chung nhằm sử dụng Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng hệ thống lớn Sự cải thiện hệ thống thông tin quang thực việc sử dụng khuếch đại quang ngày cung cấp thêm hội nhằm khai thác dải thông sợi Có loại khuếch đại quang: SOA OAF Tuy nhiên, thời gian gần SOA thu hút nhiều quan tâm việc sử dụng chúng khuếch đại quang thành phần chức hệ thống thông tin quang thiết bị xử lí tín hiệu quang Phân loại khuếch đại quang Cấu tạo khuếch đại quang mô tả sau: Trong khuếch đại quang, trình khuếch đại ánh sáng diễn môi trường gọi vùng tích cực (active medium) Các tín hiệu quang khuếch đại vùng tích cực với độ lợi lớn hay nhỏ tùy thuộc vào lượng cung cấp từ nguồn bên ngoài, gọi chung nguồn bơm (Pump Source) Các nguồn bơm có tính chất phụ thuộc vào cấu tạo vùng tích cực Tuỳ theo cấu tạo vùng tích cực, chia khuếch đại quang thành hai loại chính: - Khuếch đại quang bán dẫn SOA (Semicondutor Optical Amplifer) - Khuếch đại quang sợi OFA (Optical Fiber Amplifer) II NGUYÊN LÍ CƠ BẢN (Chuyên đề chúng em trình bày khuếch đại quang bán dẫn SOA nên phần tập trung nói vấn đề liên quan đến SOA như: nguyên lí khuếch đại quang bán dẫn, trình khuếch đại quang học Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng nhiễu với tham số thiết bị bao gồm: cưa độ lợi, độ nhạy phân cực, công suất đầu bão hoà hệ số tạp nhiễu) Giới thiệu chung khuếch đại quang SOA thiết bị quang điện tử mà điều kiện hoạt động thích hợp khuếch đại tín hiệu ánh sáng đầu vào Dưới sơ đồ khối SOA: Hình 2.1: Sơ đồ SOA Vùng hoạt tính thiết bị truyền độ lợi cho tín hiệu vào Một dòng điện bên cung cấp nguồn lượng làm cho trình khuếch đại xảy Một ống dẫn sóng tích hợp để lan truyền vào vùng hoạt tính Tuy nhiên sóng quang học bị giam cầm yếu nên số tín hiệu lọt qua vùng bao bọc mát xung quanh Tín hiệu đầu vào có nhiễu kèm theo trình khuếch đại tránh khỏi hoàn toàn Các mặt khuếch đại phản xạ tạo gợn sóng phổ khuếch đại hay độ lợi SOA phân thành loại chính: - SOA Fabry Perot (FP – SOA): phản xạ từ mặt cuối đáng kể (tín hiệu qua khuếch đại nhiều lần) - SOA sóng chạy (TW – SOA): phản xạ bỏ qua (tín hiệu qua khuếch đại lần) Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng Hình 2.2: Các loại SOA phổ độ lợi tương ứng Một TW-SOA lí tưởng có phổ độ lợi trơn Phổ độ lợi FP-SOA có cưa phản xạ mặt cuối Nguyên lí khuếch đại Nguyên lí khuếch đại quang khuếch đại quang thực dựa tượng phát xạ kích thích cộng hưởng xảy trình khuếch đại - Hiện tượng phát xạ kích thích (stimulated emission) ba tượng biến đổi quang điện ứng dụng thông tin quang Các tượng biến đổi quang điện trình bày sau: - Hiện tượng hấp thụ: xảy photon có lượng hf 12 photon với độ chênh lệch lượng trạng thái lượng cao trạng thái lượng thấp điện tử (Eg = E2 – E1) Khi xảy tượng hấp thụ, điện tử nhận lượng từ photon chuyển lên trạng thái lượng cao Hay giải thích tượng hấp thụ nguyên nhân gây suy hao cho tín hiệu quang qua khuếch đại quang Quá trình xảy đồng thời với tượng phát xạ tự phát phát xạ kích thích môi trường tích cực khuếch đại - Hiện tượng phát xạ tự phát: xảy điện tử chuyển trạng thái lượng từ mức lượng cao E2 xuống mức lượng thấp E1 phát lượng Eg = E2 – E1 dạng photon ánh sáng Quá trình xảy cách tự nhiên trạng thái lượng cao E1 trạng thái lượng bền vững điện tử Sau thời gian gọi thời gian sống (life time) điện tử mức lượng cao, điện tử tự động chuyển trạng thái lượng thấp (trạng thái lượng bền vững) Tuỳ theo loại vật liệu khác mà thời gian sống điện tử khác - Hiện tượng phát xạ kích thích: xảy điện tử trạng thái lượng cao E2 bị kích thích photon có lượng hf 12 với độ chênh lệch trạng thái lượng cao trạng thái lượng thấp điện tử (Eg = E2 –E1) Khi đó, điện tử chuyển từ trạng thái lượng cao Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng xuống trạng thái lượng thấp tạo photon có lượng với lượng photon kích thích ban đầu Như vậy, từ photon ban đầu sau xảy tượng tự phát xạ kích thích tạo photon (photon ban đầu photon tạo ra) có phương truyền, có pha, có phân cực tần số -> Hiện tượng khuếch đại ánh sáng thực Các thông số kĩ thuật a, Độ lợi – Gain - Độ lợi khuếch đại quang tỉ số công suất quang ngõ chia cho công suất quang ngõ vào - Trong đó: + G: Độ lợi tín hiệu khuếch đại quang + Pi, Pout: công suất tín hiệu ánh sáng ngõ vào ngõ khuếch đại quang (mW) - Độ lợi thông số quan trọng khuếch đại quang Nó đặc trưng cho khả khuếch đại công suất ánh sáng khuếch đại Tuy vậy, độ lợi khuếch đại bị giới hạn chế bão hoà; điều làm giới hạn công suất quang cực đại khuếch đại b, Băng thông độ lợi – Gain Bandwith - Độ lợi khuếch đại quang không cho tất tần số tín hiệu quang vào Nếu đo độ lợi G tín hiệu quang với tần số khác nhau, đáp ứng tần số quang khuếch đại G(f) đạt Đây độ phổ độ lợi khuếch đại quang - Băng thông độ lợi khuếch đại quang B o xác định điểm -3dB so với độ lợi đỉnh khuếch đại Giá trị B o xác định băng thông tín hiệu truyền khuếch đại quang Do ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống thông tin quang sử dụng chúng lặp hay tiền khuếch đại c, Công suất ngõ bão hoà - Khi hoạt động chế độ tín hiệu nhỏ, công suất ngõ tăng tuyến tính với công suất quang ngõ vào theo hệ số độ lợi G: Pout = G.Pin Tuy nhiên công suất ngõ tăng Bằng thực nghiệm người ta thấy tất khuếch đại quang, công suất ngõ vào P in tăng đến mức độ lợi G bắt đầu giảm Kết công suất ngõ không tăng tuyến tính với tín hiệu ngõ mà đạt trạng thái bão hoà Sự thay đổi tín hiệu quang ngõ so với công suất ngõ vào minh hoạ sau: Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng Hình 2.4: a, Công suất ngõ theo công suất ngõ vào b, Độ lợi khuếch đại quang theo công suất ngõ Hình 2.4b biểu diễn biến đổi độ lợi tín hiệu G theo công suất quang ngõ Pout Công suất ngõ điểm độ lợi giảm 3dB gọi công suất bão hoà Psat Pout d, Hệ số nhiễu – Noise Figure - Giống khuếch đại điện, khuếch đại quang tạo nhiễu Nguồn nhiễu khuếch đại quang phát xạ tự phát Vì phát xạ tự phát kiện ngẫu nhiên, pha photon phát xạ tự phát ngẫu nhiên Nếu photon phát xạ tự phát có hướng gần với hướng truyền photon tín hiệu, chúng tương tác với photon tín hiệu gây nên dao động pha biên độ Bên cạnh đó, lượng phát xạ tự phát tạo khuếch đại chúng truyền qua khyuếch đại phía ngõ Do đó, ngõ khuếch đại quang công suất quang thu Pout bao gồm công suất tín hiệu khuếch đại công suất nhiễu phát xạ tự phát khuếch đại ASE (Amplified Spontaneous Emission): Pout = G.Pin + PASE - Ảnh hưởng nhiễu khuếch đại quang biểu diễn hệ số nhiễu NF (Noise Figure), mô tả suy giảm tín hiệu nhiễu SRN (Signal to Noise Ratio) nhiễu khuếch đại quang thêm vào - Ngoài thông số kĩ thuật nêu trên, cácbộ khuếch đại quang đánh giá dựa vào thông số sau: + Độ nhạy phân cực (Polaziration sensitivity) phụ thuộc độ lợi khuếch đại dựa vào phân cực tín hiệu + Ảnh hưởng nhiệt độ độ lợi băng thông độ lợi + Cấu trúc Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng III CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA SOA Cấu trúc SOA Cấu trúc SOA tương tự laser bán dẫn Nghĩa dựa hệ thống dải lượng chất bán dẫn trình biến đổi quang điện: hấp thu (absporption), phát xạ tự phát (spontaenous emission) phát xạ kích thích (stimulated emission) Trong tín hiệu quang khuếch đại dựa tượng phát xạ kích thích xảy vùng tích cực SOA: Hình 3.1: Cấu trúc SOA Với cấu trúc này, vùng hoạt tính nằm vùng bao bọc loại p loại n Giữa nơi tiếp xúc vùng hoạt tính vùng bao bọc mặt phân cách gọi dị tiếp xúc Trong vùng SOA vùng bao phủ có lượng cấm cao chiết suất thấp vùng hoạt tính Hoạt động SOA Các hạt tải bơm vào vùng hoạt tính SOA từ dòng phân cực đặt vào Khi hạt tải tạo đường xuyên qua vùng bao phủ trước tới vùng hoạt tính Khi giam cầm hạt, hạt tải điện khuếch tán toàn thiết bị, mặt khác so với tổng thể vùng hoạt tính tương đôi nhỏ Do vậy, có phần hạt tải điện bơm cung cấp độ lợi cho tín hiệu ánh sáng lan truyền Điều làm cho thiết bị hoạt động hiệu Để khắc phục nhược điểm người ta dùng biện pháp giam cầm hạt vùng hoạt tính tránh khuéch tán nơi khác Trong cấu trúc SOA đạt điều nhờ chênh lệch độ rộng vùng cấm vùng hoạt tính vùng bao phủ Nhờ có cấu trúc dị tiếp xúc hạt tải điện giam cầm vào vùng hàng rào 10 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng Trong cấu trúc SOA vùng hoạt tính có chiết suất cao vùng bao phủ, có vai trò ống dẫn sóng điện môi tiết diện hình chữ nhật, điều giúp giam cầm ánh sáng truyền qua thiết bị vào vùng hoạt tính Lượng dẫn sóng đặc trưng hệ số giam cầm quang học Г, định nghĩa phần lượng mode dẫn sóng giam cầm vào vùng hoạt tính Các mode nghiệm phương trình Maxwell trường từ ống dẫn sóng tuân theo điều kiện biên ống dẫn sóng Độ rộng vùng hoạt tính có ảnh hưởng trực tiếp đến khả hoạt động mode Nếu ống dẫn sóng có đủ hẹp, có mode ngang với chế độ phân cực, mode điện ngang (TE) điện trường phân cực dọc theo mặt phẳng dị tiếp xúc mode từ ngang (TM) từ trường phân cực dọc theo trục x Mode ngang trường điện từ ứng với vuông góc với hướng truyền Hoạt động đơn mode ngang giúp giảm phụ thuộc độ lợi vào mode hệ số giam cầm phụ thuộc vào mode, đồng thời cải tiến hiệu suất ghép từ thiết bị quang Với SOA dị kép tiếp xúc tồn chiết xuất nhảy bậc theo hướng vùng hoạt tính vùng bao phủ, điều không xảy theo hướng x Sự dẫn sóng theo hướng x đạt qua hạt tải điện bơm vào Nó làm thay đổi chiết xuất vùng hoạt tính Quá trình gọi “dẫn độ lợi” Sự thay đổi chiết xuất theo hướng x nhỏ theo hướng y Điều có nghĩa Г phụ thuộc vào phân cực, Г tăng chiều dày hoạt tính tăng Tuy nhiên vùng hoạt tính rộng, hoạt động mode đơn ngang dừng Yếu tố phản xạ bề mặt mặt phản xạ lớp tích cực có ảnh hưởng trực tiếp đến việc đạt hoạt động sóng chạy OA Dựa yếu tố phản xạ chia SOA làm loại chính: - Khuếch đại Fabry-Perot (FPA): đặc điểm loại có hệ số phản xạ bề mặt cao (khoảng 30%) vật liệu bán dẫn thường có chiết xuất cao 11 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng Công thức để tính hệ số phản xạ bề mặt tia tới vuông góc mặt phân cách tính sau: Trong đó, n1, n2 chiết xuất lớp điện môi Với cấu trúc hốc cộng hưởng có hệ số phản xạ cao, trình hồi tiếp, chọn lọc tần số xảy Kết FPA có độ lợi cao phổ độ lợi khuếch đại nhấp nhô, không Điều làm giảm băng thông khuếch đại FPA Đặc tính khuếch đại FPA TWA Xét khuếch đại FPA có hệ số phản xạ công suẩt phản xạ lớp tích cực R1 R2, với khuếch đại TWA ta coi R1=R2=0 Vì vậy, công thức sau áp dụng cho FPA TWA Bỏ qua suy hao ánh sáng truyền qua mặt phản xạ, ta có hệ số xuyên qua xuất ánh sáng qua mặt phẳng phàn xạ 1-R1 1-R2 Gọi Gs độ lợi đơn thông SOA tín hiệu qua vùng tích cực mà hối tiếp (hệ số phản xạ R=0), ta có: Gs==exp[(Гg-α)L] Trong đó: - g: Độ lợi 1đơn vị chiều dài vùng tích cực - α: Suy hao đơn vị chiều dài vùng tích cực - Г: Hệ số tập trung biểu diễn mức độ tập trung luồng ánh sáng bên vùng tích cực - L: Chiều dài vùng tích cực - Pin, Pout: Công suất ngõ vào khuếch đại Quá trình khuếch đại ánh sáng thực sau: 12 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng - Điện trường tín hiệu quang E1 đưa vào hốc cộng hưởng FPA có chiều dài L mặt phản xạ R1 Sau xuyên qua mặt phản xạ R1, tín hiệu ban đầu khuếch đại vùng tích cực đạt cường đại vùng tích cực đạt cường độ t1 e Ei e -jkL mặt phản xạ R2 (k hệ số truyền dẫn môi trường khuếch đại) Tại đây, phần lượng ánh sáng truyền với cường độ t1t2 s Ei e –jkL Phần lại phản xạ ngược trở lại phía R1 với cường độ t1 s Ei e-jkL Tại R1 điện trường thu t1 Gs Eie-2jkL phản xạ ngược R2, phần lại hốc cộng hưởng Sau qua khoảng cách L vùng tích cực, tín hiệu thu R1 đạt giá trị t1 Gs Ei e-3jkL Quán trình phản xạ truyền xuyên qua mặt phản xạ R tiếp tục diễn Phần tín hiệu xuyên qua có điện trường t2t1 Gs Ei e-3jkL Phần lại phản xạ ngược phía R Cứ trình phản xạ vùng tích cực tiếp tục diễn Điện trường tổng cộng thu ngõ khuếch đại tổng thành phần điện trường xuyên qua R2 Nếu giả sử thời gian truyền hốc cộng hưởng nhỏ chu kì điện trường tới E 1, ta có điện trường thu ngõ sau: Với Gs |>1 Điều phù hợp tốt với thu truyền thống lỗi công suất với mát ghép Bộ khuếch đại đường dây Trong hệ thống truyền thông quang học hạn chế mát, khuếch đại đường dây dùng để bù mát sợi quang khắc phục nhu cầu tái tạo quang học Ưu điểm SOA đường dây là: suốt với tốc độ liệu hình thức điều biến, tính hai chiều, khả WDM, chế độ hoạt động đơn giản, tiêu tốn công suất thấp rắn Hai ưu điểm sau đặc biệt quan trọng thành phần quang học đặt từ xa 18 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng Hình 4.4 Thí nghiệm dùng hai khuếch đại SOA hiệu suất BER thu tiền khuếch đại SOA truyền tương tự Nói chung, hệ thống truyền tương tự có ràng buộc chặt chẽ nhiều so với hệ thống số, điều giới hạn ứng dụng SOA mạng Như trường hợp truyền số, hiệu ứng suy hao chẳng hạn như: méo tín hiệu méo lần điều chế giảm cách cho SOA hoạt động chế độ không bão hòa, sử dụng thiết bị kẹp chặt độ lợi kĩ thuật điều khiển độ lợi thảo luận 19 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng V BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT & TÀI LIỆU THAM KHẢO Bảng thuật ngữ viết tắt 20 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng Tài liệu tham khảo 21 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA ứng dụng 22 [...]... bằng cách cho SOA hoạt động ở chế độ không bão hòa, sử dụng các thiết bị kẹp chặt độ lợi hoặc những kĩ thuật điều khiển độ lợi như được thảo luận ở trên 19 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng V BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT & TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Bảng thuật ngữ viết tắt 20 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng 2 Tài liệu tham khảo 21 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng 22 ... bộ khuếc đại trở thành TWA IV ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA SOA 1 Các khối độ lợi trong các mạng quang học Ứng dụng của SOA trong khuếc đại tăng cường, bộ khuếch đại đường dây và bộ tiền khuếch đại trong các đường truyền quang học được biểu diễn như hình sau: 14 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng Các yêu cầu đối với bộ khuếch dại quang học trong các đường truyền quang học bao gồm: Bộ khuếch đại tăng... dụng các bộ khuếch đại tăng cường quang học 2 15 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng Hình 4.2: Khuyếch đại tăng cường trong các mạng phân phối quang Bởi vì công suất tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại tăng cường thường cao, bộ khuếch đại phải có công suất bão hòa đầu ra P o,sat cao Điều này làm cho có thế đạt được công suất tín hiệu đầu ra của bộ khuếch đại cao và cũng giảm các hiệu ứng vân... : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng Hình 4.4 Thí nghiệm dùng hai bộ khuếch đại SOA và hiệu suất BER của bộ thu tiền khuếch đại 5 SOA truyền trong tương tự Nói chung, các hệ thống truyền tương tự có sự ràng buộc chặt chẽ hơn nhiều so với các hệ thống số, điều đó đã giới hạn ứng dụng của các SOA trong những mạng này Như trong trường hợp truyền số, những hiệu ứng suy hao chẳng hạn như: méo tín hiệu và. .. Pout: Công suất ngõ vào và ra của bộ khuếch đại Quá trình khuếch đại ánh sáng được thực hiện như sau: 12 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng - Điện trường của tín hiệu quang E1 được đưa vào hốc cộng hưởng của FPA có chiều dài L tại mặt phản xạ R1 Sau khi xuyên qua mặt phản xạ R1, tín hiệu ban đầu sẽ được khuếch đại bởi vùng tích cực và đạt cường đại bởi vùng tích cực và đạt cường độ t1 e... các thấu kính Aspheric cùng với bộ cách li đầu ra, bộ lấy mẫu chùm và photodiode để điều 16 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng khiển công suất đầu ra Sợi quang duy trì sự phân cực (PMF) và sợi quang đơn mode tiêu chuẩn được dùng cho các kết nối đầu ra và đầu vào tương ứng 3 Bộ tiền khuếch đại Chức năng của bộ tiền khuếch đại quang học là tăng mức công suất của tín hiệu đến trước khi nhận... biết được Các mạch gửi - phát hiện khuếch đại và xử lý dòng quang điện từ detector Trong một bộ thu quang học không có bộ tiền khuếch đại, dòng nhiễu quang điện chiếm ưu thế là nhiễu mạch Nhiễu này thường lớn hơn một đến hai 17 Chuyên Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng bậc về độ lớn so với giới hạn nhiễu hạt của bộ thu Trong một bộ thu quang học IMDD tiền khuếch đại với băng thông quang học dải... Đề : Khuếch đại bán dẫn SOA và ứng dụng Trong cấu trúc của SOA vùng hoạt tính có chiết suất cao hơn vùng bao phủ, vì vậy nó có vai trò như 1 ống dẫn sóng điện môi tiết diện hình chữ nhật, chính điều này giúp giam cầm ánh sáng truyền qua thiết bị vào vùng hoạt tính Lượng dẫn sóng được đặc trưng bởi hệ số giam cầm quang học Г, được định nghĩa phần năng lượng của mode dẫn sóng nào đó được giam cầm vào... bão hòa độ lợi Các hiệu ứng vân tăng dữ dội khi công suất tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại và tốc độ bit tăng Một P o,sat cao cũng cần cho các ứng dụng của bộ khuếch đại tăng cường trong hệ thống truyền WDM Trong trường hợp này, đặc tuyến bão hòa của bộ khuếch đại được xác định bởi công suất đầu vào toàn phần Điều này là do bản chất đồng nhất của môi trường độ lợi khuếch đại Một Po,sat cao giảm nhiễu... Kết quả là FPA có độ lợi cao nhưng phổ độ lợi khuếch đại nhấp nhô, không đều Điều này làm giảm băng thông khuếch đại của FPA 3 Đặc tính bộ khuếch đại FPA và TWA Xét 1 bộ khuếch đại FPA có hệ số phản xạ công suẩt phản xạ ở 2 lớp tích cực là R1 và R2, với bộ khuếch đại TWA thì ta có thể coi như R1=R2=0 Vì vậy, các công thức sau này có thể áp dụng cho cả FPA và TWA Bỏ qua suy hao khi ánh sáng truyền qua