Bộ khuếch đại quang bán dẫn

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện Tử Viễn Thông ======o0o====== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC Thông tin quang Đề tài: Bộ khuếch đại quang bán dẫn Giảng viên hướng dẫn : TS Hoàng Phương Chi Hà Nội, 4/2016 Mục lục Mục lục hình ảnh Họ tên MSSV Công việc Nguyễn Văn Sơn 20122357 Tìm hiểu nguyên lý khuếch đại quang ứng dụng SOA dựa tượng phi tuyến Nguyễn Văn Phương 2012253 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động SOA thông số kỹ thuật Nguyễn Đình Tân 20122388 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động SOA thông số kỹ thuật Nguyễn Thị Thiên Trang 20122593 Các đặc tính FPA TWA Hà Xuân Thân 20122462 Hiện tượng phi tuyến ứng dụng SOA Bảng Phân công công việc nhóm 2 Lời nói đầu Như biết, việc trao đổi thông tin xã hội loài người xuất từ sớm, họ biết vận dụng sống hàng ngày ánh sáng để báo hiệu cho Ngày nay, nhờ tiến vượt bậc khoa học-kỹ thuật, công nghệ thông tin truyền thông, đặc biệt hệ thống thông tin sợi quang phát triển mạnh mẽ trở thành mạng lưới viễn thông hàng đầu giới với đủ cấu hình linh hoạt, cự ly tốc độ truyển dẫn phong phú, đảm bảo chất lượng dịch vụ viễn thông tốt Chúng ta sống kỷ 21, công nghệ quang trung tâm việc thực hóa hệ thống tương lai nhằm đáp ứng nhu cầu thông tin người.Những khả bao gồm dải thông không giới hạn tới dịch vụ thông tin kèm theo suốt hoàn toàn cho phép nâng cấp dung lượng linh hoạt định tuyến kênh truyền.Nhưng cần nhấn mạnh rằng, khuếch đại quang đóng vai trò quan trọng tiến triển thông tin quang Trong báo cáo này, nhóm em tìm hiểu nguyên lý, cấu trúc ứng dụng khuếch đại quang dẫn SOA, ưu điểm kỹ 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 Nhân dịp này, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Giảng viên Hoàng Phương Chi nhiệt tình giúp chúng em học tập trau dồi kiến thức để hoàn thành báo cáo 3 Tổng quan khuếch đại quang 2.1 Giới thiệu khuếch đại quang Thông tin sử dụng sợi quang gặp hai 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 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 quang nhiễu giao thoa liên ký hiệu (intersymbol interference – dạng méo tín hiệu cực đại phụ giao thoa với cực đại phụ con) làm tăng tỷ số lỗi (BER – bit error rate) hệ thống Nếu xung quang 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 số 1, suy hao sợi quang silic kiểu đơn nhỏ vùng bước sóng Suy hao cao chút vùng Hình số Phổ suy hao đặc trưng sợi quang silic kiểu đơn suy hao [1] Phổ tán sắc sợi silic kiểu đơn minh họa Hình số 2, nhỏ vùng bước sóng 1.3 lớn vùng bước sóng gần Do giá trị phổ suy hao tán sắc nhỏ cửa sổ Cho nên chúng vùng bước sóng sử dụng 4 hệ thống thông tin sợi quang thương mại Các hệ thống thông tin quang sử dụng vùng , chủ yếu đường dẫn có khoảng truyền ngắn với tỷ số bit trung bình mà không yêu cầu khuếch đại quang Hình số Phổ tán sắc đặc trưng sợi quang silic kiểu đơn [1] Khi cự ly truyền dẫn sợi quang tăng, độ suy hao tín hiệu độ tán sắc tăng lên, số thời 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 quang điện Trong trạm lặp quang điện ( Hình số 3), trình khuếch đại tín hiệu quang thực qua nhiều bước 5 Hình số 3Cấu trúc trạm lặp quang điện [1] Hoạt động trạm lặp: Tín hiệu quang biến đổi thành dòng điện thu quang (optical receiver) sử dụng linh kiện tách sóng quang PIN hay APD 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 biến đổi thành tín hiệu quang thông qua nguồn quang phát quang (optical transmitter) truyền sợi quang Như vậy, trình khuếch đại tín hiệu thực miền điện Các trạm lặp quang điện sử dụng phổ biến hệ thống truyền dẫn quang bước sóng hệ thống truyền dẫn quang SDH Tuy nhiên, sử dụng cho hệ thống truyền dẫn quang đa bước sóng hệ thống WDM, nhiều trạm lặp quang điện cần sử dụng để khuếch đại tái tạo kênh quang 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 (Optical Amplifier) Trong khuếch đại này, tín hiệu ánh 6 sáng khuếch đại trực tiếp miền quang mà không thông 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 khuếch đại quang trở nên linh hoạt - Không phụ thuộc vào tốc độ bít phương thức điều chế tín hiệu nên nâng cấp hệ thống đơn giản - Khuếch đại nhiều tín hiệu quang có bước sóng khác đường truyền Phương pháp có số nhược điểm Đầu tiên, tham gia vào việc làm đứt đường dẫn quang không suốt mặt quang (tức phụ thuộc vào tính chất tín hiệu quang đầu vào) Thứ hai, trình tái sinh phụ thuộc vào dạng điều chế tín hiệu tỷ số bit nên không suốt điện Điều tạo nên nhiều khó khăn cần nâng cấp đường dẫn Một cách lý tưởng, nâng cấp`đường truyền phải bao hàm thay đổi thay thiết bị đầu cuối (máy phát, máy thu…) Thứ ba, khôi phục hệ thống phức 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 đắt tiền Hơn nữa, khuếch đại quang nội tuyến có lợi nư máy khuếch đạ công suất (power booster) Bên cạnh đó, ứng dụng hệ thống khuếch đại quang hữu ích khối khuếch đại quang chung nhằm sử 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 7 Có hai loại khuếch đại quang: SOA (Semiconductor Optical Amplifier) OFA (Optical Fiber Amplifier) Tuy nhiên, thời gian gần đây, SOA thu hút nhiều mối quan tâm việc sử dụng chúng khuếch đại quang thành phần chức hệ thống thông tin quang thiết bị xử lý tín hiệu quang 2.2 Phân loại khuếch đại quang Cấu tạo khuếch đại quang miêu tả Hình số 4: Hình số Mô hình tổng quát khuếch đại quang [1] 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 gọi chung nguồn bơm (Pump Source) Các nguồn bơm có tính chất tùy thuộc vào loại khuếch đại quang hay nói cách khác phụ thuộc vào cấu tạo vùng tích cực Tùy theo cấu tạo vùng tích cực, chia khuếch đại quang thành hai loại chính: - Khuếch đại quang bán dẫn SOA (Semiconductor Optical Amplifier) - Khuếch đại quang sợi (Optical Fiber Amlplifier) 8 Nguyên lý Phần trình bày nguyên lý khuếch đại quang bán dẫn.Quá trình khuếch đại quang học nhiễu với tham số thiết bị bao gồm cưa độ lợi, độ nhạy phân cực, công suất đầu bão hòa hệ số tạp nhiễu 3.1 Mô tả 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 số Sơ đồ SOA [1] 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 ra.Một ống dẫn sóng tính hợp để sóng 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 Các SOA chia thành hai loại biểu diễn Hình số 5: SOA Fabry perot (FP-SOA) phản xạ từ mặt cuối đáng kể (nghĩa là, tín hiệu qua khuếch đại nhiều lần) SOA sóng chạy (TW-SOA) phản xạ bỏ 9 qua (nghĩa tín hiệu qua khuếch đại lần) Các lớp phủ chống phản xạ dùng để tạo SOA với hệ số phản xạ bề mặt nhỏ 10-5 TW–SOA không nhạy FP –SOA dao động dòng phân cực, nhiệt độ phân cực tín hiệu Hình số 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 Các cưa độ lợi phóng to để dễ nhìn [1] 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 Các cưa độ Nguyên lý khuếch đại Nguyên lý 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 minh họa Hình số 10 10 Hình số 22 Ba loại giao thoa thiết kế [1] Trong giao thoa kế Mach-Zehnder (MZI), chùm đầu vào bị tách thành hai chùm truyền theo phương ngang với quang lộ khác trước chúng tái kết hợp đầu giao thoa kế Phụ thuộc vào hiệu quang lộ, chùm quay lại giao thoa tăng cường triệt tiêu Giao thoa kế Michelson (MI) giống với MZI đòi hỏi tách chùm Trong giao thoa kế Sagnac, chùm đầu vào tách thành hai chùm truyền theo phương ngang với khoảng cách ngược hướng trước tái kết hợp Trong cấu hình giao thoa kế dùng SOA, khuếch đại đặt nhiều cần giao thoa kế để thay đổi cách chủ độngpha tín hiệu lan truyền 6.1.3 Trộn bốn sóng (four-wave mixing FWM) Trộn bốn sóng trình phi tuyến kết hợp xảy SOA hai trường quang, tín hiệu bơm mạnh tần số góc tín hiệu yếu tần số góc , hai tín hiệu có phân cực Các tín hiệu quang vào làm cho hệ số khuếch đại bị điều chế tần số Ngược lại, việc điều chế hệ số khuếch đại tạo trường tín hiệu tần số Trường gọi liên hợp pha ngược với pha tín hiệu Điều có nghĩa phổ của tín hiệu liên hợp bị dịch chuyển bị đảo ngược kiểu so với tín hiệu đầu vào Sự trộn bốn sóng tạo SOA sử dụng nhiều ứng dụng bao gồm chuyển đổi bước sóng, bù tán sắc 35 35 tách kênh quang học Sự trộn bốn sóng SOA nảy sinh từ tượng vật lý khác Tại tần số thấp, chế chiếm ưu điều biến mật độ hạt tải điện phách bơm-tín hiệu Đây hiệu ứng liên vùng liên quan đến tái hợp hạt tải điện-lỗ trống vùng dẫn vùng hóa trị vật liệu Bởi thời gian đặc trưng trình thời gian sống hạt tải điện Nó vào bậc vài trăm pico giây Điều có nghĩa chế đặc biệt tần số lệch hưởng vào cỡ vài chục [1] Có hai chế gây trộn bốn sóng SOA: đốt cháy lỗ quang phổ (SHB) đốt nóng hạt tải điện (CH) SHB xảy tín hiệu bơm tiêm vào tạo lỗ trống phân bố hạt tải điện nội vùng Điều điều biến cách hiệu xác suất chiếm hạt tải điện vùng hướng đến điều biến độ lợi nhanh CH xảy phát xạ cảm ứng hấp thụ hạt tải điện tự Phát xạ cảm ứng trừ hạt tải điện lạnh trung bình hấp thụ hạt tải điện tự di chuyển hạt tải điện đến mức lượng cao vùng Dẫn đến tăng nhiệt độ giảm độ lợi Có hai thời gian đặc trưng gắn với CH Đầu tiên thời gian tán xạ hạt tải điện phonon , thời gian trung bình mà hạt tải điện cần để lạnh duới nhiệt độ mạng Thứ hai thời gian tán xạ hạt tải điện-hạt tải điện , thời gian trung bình mật độ hạt tải điện đạt đến trạng thái cân bằ ng nhiệt từ trạng thái không cân nhiệt ban đầu Cả SHB CH có thời gian đặc trưng vào bậc vài trăm femto giây 36 36 6.2 Các ứng dụng chức SOA 6.2.1 Bộ chuyển đổi bước sóng Bộ chuyển đổi bước sóng toàn quang hy vọng đóng vai trò quan trọng mạng băng rộng tương lai Chức quan trọng chúng tránh khóa bước sóng kết nối chéo quang học mạng WDM Bộ chuyển đổi bước sóng tăng tính linh hoạt sức chứa mạng dùng tập hợp bước sóng cố định Sự chuyển đổi bước sóng dùng để tập trung quản lý mạng cho phép kích hoạt bảo vệ dễ ràng Trong mạng chuyển mạch nén, chuyển đổi bước sóng điều chỉnh được dùng để phân giải tranh chấp nén giảm đòi hỏi đệm quang học Một danh sách tính chất đáng quan tâm chuyển đổi bước sóng liệt kê bảng sau Trong suốt với tốc độ liệu Công suất đầu vào thấp công suất đầu cao Không nhạy phân cực Hệ số tạp nhiễu thấp Không có suy hao tỷ số tắt quang Giá thấp Cấu trúc đơn giản-có thể tích hợp Bảng Tính chất chuyển đổi bước sóng lí tưởng [1] Bộ chuyển đổi bước sóng dựa cấu trúc khai thác phi tuyến SOA, ta có chuyển đổi bước sóng sau: -Bộ chuyển đổi dựa XGM -Bộ chuyển đổi dựa XPM -Bộ chuyển đổi dựa FWM Sau ta chi tiết vào chuyển đổi bước sóng dựa XPM: Những chuyển đổi bước sóng có hiệu suất công suất cao so với thiết bị XGM Chúng có thay đổi tần số theo thời gian thấp điều biến độ lợi bị giảm Để tận dụng XPM, nhiều SOA phải đặt cấu hình giao thoa kế Các 37 37 loại giao thoa kế phổ biến dùng dùng XPM dựa chuyển đổi bước sóng là.Trong chuyển đổi bước sóng MZI không đối xứng đầu vào liên tục bước sóng bị tách cách không đối xứng phần MZI ghép Tín hiệu điều biến cường độ bước sóng làm bão hòa SOA cách không đối xứng cảm ứng dịch pha khác Trong tín hiệu đầu vào liên tục qua mật độ hạt tải điện bị cảm ứng thay đổi chiết suất ghép đầu kết hợp tín hiệu liên tục bị tách, chúng giao thoa tăng cường triệt tiêu Trạng thái giao thoa thực phụ thuộc vào lệch pha tương đối cần giao thoa kế, phụ thuộc vào dòng phân cực SOA công suất quang học đầu vào Bộ chuyển đổi bước sóng MZI đối xứng có nguyên tắc hoạt động tương tự Nó cần thêm ghép dùng ghép với tỉ số tách Tương tự tín hiệu đầu vào cho vào SOA Nếu công suất tín hiệu liên tục cần cao thấp giao thoa kế trước giao thoa ghép tái kết hợp tương ứng công suất P0 tín hiệu đầu là: độ lệch pha sóng giao thoa Về biểu thức hàm truyền giao thoa tín hiệu chuyển đổi có bị đảo ngược so với tín hiệu đầu vào liệu hay không phụ thuộc vào hệ số góc hàm truyền giao thoa xung quanh điểm hoạt động chọn biểu diễn hình sau: Sau sơ đồ chuyển đổi bước sóng MZI đối xứng không đối xứng 38 38 Hình số 23 Bộ chuyển đổi bước sóng MZI không đối xứng [1] Hình số 24 Bộ chuyển đổi bước sóng MZI đổi xứng [1] Cùng với thay đổi pha chuyển đổi tín hiệu dẫn đến nén độ lợi, có khuynh hướng không cân biên độ cần giao thoa kế Sự không cân biên độ giảm tỉ số tắt quang chuyển đổi Có thể cải tiến tính chất chuyển đổi giao thoa kế cách thêm vào phần dịch pha chủ động cần giao thoa kế, để tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi Người ta chứng minh chuyển đổi bước sóng giao thoa kế xếp tầng với hiệu suất tốt Sự chuyển đổi bước sóng đạt mà không dùng giao thoa kế cách dùng XPM SOA gắn lọc cách tử Bragg sợi quang Trong sơ đồ này, phổ tín hiệu liên tục chirp XPM cảm ứng tín hiệu bơm truyền song song Bản không nghịch đảo tín hiệu liệu đầu vào thu cách chọn thành phần dịch phía bước sóng đỏ phổ liên tục dùng lọc Bộ chuyển đổi bước sóng giao thoa chịu trách nhiệm cho tích hợp quang điện tử Sự thực PIC chuyển đổi bước sóng MZI biểu diễn hình sau PIC chứa nguồn laser DFB tích hợp toàn 39 39 khối hai đầu vào đối xứng khối cần tiền khuếch bù biến đổi công suất đầu vào Hình số 25 MZI tích hợp [1] 6.2.2 Các cổng quang học SOA Các mạng truyền thông quang học TDM WDM vận tốc cao tương lai đòi hỏi chuyển mạch quang học (hoặc cổng) vận tốc cao điều khiển quang học điện Những chuyển mạch hình thành nên sở cho thành phần quang học cải tiến chẳng hạn ghép kênh xen rẽ, tách kênh cổng logic Những tính chất đáng quan tâm chuyển mạch quang học là: vận tốc chuyển mạch cao, độ tương phản tắt mở cao khả xếp tầng Có thể tạo chuyển mạch quang học dùng SOA Có nhiều cấu hình cổng SOA, đơn giản số chúng bao gồm thiết bị đơn biểu diễn hình sau 40 40 Hình số 26 Các cổng điều khiển quang học [1] Trong trường hợp trạng thái chuyển mạch xác định dòng điều khiển điện để thiết lập độ lợi khuếch đại công suất bơm quang học dùng XGM Thời gian chuyển mạch riêng SOA xác định thời gian sống tái kết hợp hạt tải điện Sự tiêm bơm liên tục vào khuếch đại dùng để tăng vận tốc chuyển mạch cách giảm thời gian sống hạt tải điện qua tái kết hợp cảm ứng Cũng tăng số cổng xếp tầng Sự đa dạng cổng điều khiển quang học dùng sóng truyền đối lập hai SOA biểu diễn sơ đồ sau 41 41 Hình số 27 Công tắc toàn quang dùng hoạt động truyền đối lập SOA ghép tầng [1] Trong chuyển mạch dựa trạng thái công suất tín hiệu điều khiển thấp độ lợi SOA cao dẫn đến công suất tín hiệu đầu cao Trong trạng thái ngắt công suất tín hiệu điều khiển cao làm cho SOA bão hòa Đồng thời công suất đầu liệu từ SOA thấp hơn, độ lợi SOA tăng dẫn đến công suất tín hiệu điều khiển cao Điều có nghĩa tăng tương đối nhỏ công suất đầu vào điều khiển tạo thay đổi lớn công suất đầu liệu, cho tỉ số tương phản chuyển mạch cải tiến Các mảng cổng SOA dùng để xây dựng nút chuyển theo gói toàn quang gói liệu tới gửi đến cổng đầu quan tâm Mảng cổng tích hợp hoàn toàn với ống dẫn sóng đầu vào đầu ghép Kĩ thuật giảm bớt không khớp lệch SOA ống dẫn sóng thụ động Tuy nhiên, đòi hỏi nhiều trình nuôi cấy xử lý epitaxial nhiều bước phức tạp Một phương pháp thay sử dụng cấu trúc lai hóa dùng ống dẫn sóng thụ động thẳng hàng với mảng SOA biểu diễn hình vẽ sau Trong module công tắc 2x2 cho thấy gói liệu gởi tới cổng đầu cách kích hoạt SOA thích hợp 42 42 [1] 6.2.3 Logic quang Logic quang học hữu dụng cho ứng dụng xử lý quang học tín hiệu toàn quang Trong mạng quang học vận tốc cao Trong phần xét số SOA dựa cấu hình để thực logic toàn quang bản, ba số chúng biểu diễn hình sau: [1] 43 43 Một cổng XOR dựa XPOM SOA hai tín hiệu liệu đầu vào công suất, phân cực giống bước sóng giống Một bù kính phân cực đặt phía sau SOA điều chỉnh để khóa ánh sáng qua Khi hai đầu vào mở đầu tắt, hai đầu vào tắt đầu tắt Tuy nhiên hai đầu vào tắt phân cực tín hiệu đầu khác với hai đầu vào cao Trong trường hợp kính phân cực không khóa hoàn toàn tín hiệu đầu đầu mở Tính chất tương ứng với tính chất XOR Cũng thu hoạt động XOR dùng FWM SOA tương tự giao thoa kế Sagnac sợi quang Cổng OR dựa giao thoa kế Michelson với hai tín hiệu liệu ghép vào cổng ánh sáng chế độ liên tục ghép vào cổng hai Công suất tín hiệu đầu vào toàn phần điều khiển dịch pha đầu vào chế độ liên tục, tạo vòng tròn từ cổng hai đến đầu phản xạ cần thấp giao thoa kế trở lại cổng hai, giao thoa xuất tín hiệu quay lại v đầu vào liên tục MI thiết kế cho giao thoa triệt tiêu xuất công suất tín hiệu đầu vào giao thoa tăng cường công suất tín hiệu đầu vào có mặt Công suất đưa vào cần cao MI phụ thuộc vào tổng công suất hai tín hiệu đầu vào, mức công suất đánh dấu cao so với đánh dấu để trống Sự khác chặn dùng giao thoa kế hàm truyền hình sín đầu OR kẹp cách hiệu công suất tín hiệu đầu vào lớn Cổng NOR đơn giản dựa XGM SOA hai tín hiệu liệu đầu vào đầu dò liên tục đầu vào Khi tín hiệu đầu vào tín hiệu dò đầu cao bão hòa độ lợi Khi tín hiệu đầu v cao khuếch đại bão hòa làm cho đầu dò đầu thấp Điều tương ứng với hoạt động NOR 6.2.4 Tạo xung khôi phục đồng hồ SOA 6.2.4.1 Tạo xung Các xung bước sóng điều chỉnh tỉ lệ tốc độ lặp lại cao cần thiết liên kết truyền thông OTDM WDM tốc độ cao Tại tần số cao (lớn 10 ) khó 44 44 tốn để tạo xung phương diện điện tử Một kĩ thuật quang học sử dụng laser vòng sợi quang khóa mode thích hợp với SOA biểu diễn sau: Hình số 28 kĩ thuật quang học sử dụng laser vòng sợi quang khóa mode thích hợp với SOA [1] Sự tạo đồng thời bốn kênh bước sóng điều chỉnh truyền xung 12ps 2.5 minh họa dùng laser bán dẫn bị khóa mode dựa SOA cách tử nhiễu xạ Trong hình laser Fabry–Perot kích hoạt độ lợi qua điều biến dạng sin 10 Sau truyền qua 150m sợi quang tán sắc cao mode phổ xung kích hoạt độ lợi bị trì hoãn 25ps, mode gần Vì xung bị tán sắc tạo chuỗi xung với bước sóng khác cách 25ps tỉ số lặp lại hiệu dụng 40 Tuy nhiên, xung biến đổi bước sóng tương ứng với mode Fabry-Perot laser Điều làm nảy sinh tán sắc đáng kể xung truyền xuống liên kết sợi quang Các xung chuyển thành xung có bước sóng giống (có thể điều chỉnh được) cách dùng laser vòng sợi quang với SOA yếu tố tích cực Laser dao động theo nhiều mode dọc Những mode ghép với phương tiện bên ngoài, khóa pha chúng với Do mode xem thành phần khai triển chuỗi Fourier hàm điều hòa (trong trường hợp chuỗi xung) với tần số chiết suất 45 45 laser chiều dài Trong hình minh họa chiều dài vòng cho tần số Dòng xung quang học chèn vào dòng chuyển đổi tín hiệu, làm cho độ lợi SOA điều biến quang học Bằng cách chọn tần số điều biến laser thích hợp , khóa mode laser (hài thứ 3310 ) Bước sóng đầu laser sợi quang chọn dùng lọc Fabry-perot sợi quang Công suất đầu ghép từ vòng sợi quang dùng ghép sợi quang 6.2.4.2 Phục hồi Trong hệ thống OTDM phục hồi xung đồng hồ đòi hỏi thu quang học tái sinh Tại vận tốc cao phục hồi xung đồng hồ đạt tốt dùng phương pháp quang học Các kĩ thuật không dựa SOA bao gồm laser khóa cách tiêm laser DFB hai phần tự kích xung Các kĩ thuật phục hồi xung đồng hồ dựa SOA liên quan đến việc dùng bù pha dựa SOA FWM, tự điều pha SOA TOAD MZI đối xứng Tất chia xung đồng hồ quang học đạt cách dùng gương vòng SOA Hình số 29 Sự phục hồi xung đồng hồ quang học dùng vòng khóa pha điện – quang công tắc SOA giao thoa, PD: photodiode, TMLL: laser bị khóa mode điều chỉnh được, OBPF: lọc thông dải quang học, [1] Kĩ thuật khác, biểu diễn hình 7.34 dùng vòng khóa pha với SOA dựa chuyển mạch giao thoa kế Trong cấu hình tín hiệu liệu OTDM 46 46 ghép với gương vòng SOA, điều khiển chuỗi xung điều khiển quang học tạo laser khóa mode điều chỉnh (TMLL), tần số lặp lại xác định dao động điều khiển điện áp (VCO) Tín hiệu đầu từ gương vòng phát photodiode chậm Một phần tín hiệu đầu vào chuyển từ gương vòng tỉ số lặp lại xung điều khiển Khi tần số VCO với tần số tín hiệu đầu vào, thành phần chuyển mạch tín hiệu đầu vào có pha không đổi khe thời gian Trong trường hợp tín hiệu từ photodiode trở thành tín hiệu chiều mà biên độ tỉ lệ với hiệu pha xung tín hiệu đầu vào chuỗi xung điều khiển, nghĩa công tắc quang học đóng vai trò bù pha Tuy nhiên, tín hiệu lỗi có chiều phân cực phân biệt độ lệch pha âm dương Vấn đề khắc phục cách phát tín hiệu dùng photodiode chậm thứ hai Tín hiệu đầu từ photodiode trừ với tín hiệu lỗi Tín hiệu cuối gửi đến VCO qua lọc thông thấp Điều đóng vòng khóa tần số VCO đến tần số tín hiệu liệu đầu vào Do xung đồng hồ quang học lấy từ đầu TMLL dùng ghép Ngoài SOA dùng ứng dụng như: tách ghép kênh xen rẽ, bù tán sắc, detector SOA Các ứng dụng dựa phi tuyến SOA Kết Luận Trên đây, nhóm chúng em giới thiệu hệ thống khuếch đại quang, trình bày cấu trúc nguyên lý hoạt động SOA đặc tính khuếch đại FPA, TWA Đồng thời, nêu ứng dụng chức SOA Trong trình thực tập lớn vừa qua với kiến thức hạn hẹp nên nhóm chúng em chưa thể hoàn thiện cách tốt nhiều điểm thiếu xót Tuy nhiên với nỗ lực, chúng em cố gắng để thực gi Qua đây, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn cô Hoàng Phương Chi tạo điều kiện để nhóm chúng em có điều kiện tìm hiểu hoành thành tập lớn Chúng em mong nhận đánh giá ý 47 47 kiến đóng góp cô Một lần chúng em xin cảm ơn cô Chúc cô mạnh khỏe công tác tốt 48 48 Tài liệu tham khảo [1] TS Lê Quốc Cường, THS Đỗ Văn Việt Em, THS Phạm Quốc Hợp, “Kỹ thuật thông tin quang 1” 49 49 ... tin quang thiết bị xử lý tín hiệu quang 2.2 Phân loại khuếch đại quang Cấu tạo khuếch đại quang miêu tả Hình số 4: Hình số Mô hình tổng quát khuếch đại quang [1] Trong khuếch đại quang, trình khuếch. .. post-amplifier khuếch đại tăng cường, khuếch đại đường dây tiền khuếch đại. Đòi hỏi khuếch đại quang học cho ứng dụng liệt kê bảng Hình số 14 Ứng dụng SOA khuếch đại tăng cường, khuếch đại đường dây tiền khuếch. .. giới hạn Yes Bộ lọc quang học Không cần Không giới hạn Bộ cách li quang học Yes Bảng Các yêu cầu khuếch đại quang học đường truyền quang học 5.2 Bộ khuếch đại tăng cường Chức khuếch đại tăng cường