Ứng dụng của Cách tử Bragg trong truyền dẫn quang và cảm biến

Kĩ thuật tách ghép kênh quang

Có hai dạng OADM chính được sử dụng trong các mạng quang WDM, đó là fixed OADM được dùng để tách hoặc ghép các tín hiệu dữ liệu trên các kênh WDM riêng biệt cố định và OADM có thể điều chỉnh vì vậy nó có khả năng lựa chọn định tuyến được các bước sóng khác nhau trong mạng quang. Các thiết bị Planar cung cấp các tổ hợp giải pháp với khả năng tách và ghép nhiều kênh sử dụng duy nhất chỉ một mạch quang tích hợp sử dụng kĩ thuật dãy cách tử dẫn sóng AWG (arrayed waveguide gratings) hoặc kĩ thuật định tuyến cách tử dẫn sóng WGR (waveguide grating router). Mặt khác các thiết bị toàn quang là cũng là các giải pháp rất hấp dẫn bởi vì tính suy hao xen thấp, tính nhạy phân cực (phụ thuộc vào sợi và cấu hình) và dễ dàng sử dụng cho việc ghép giữa các thiết bị đầu vào và đầu ra của mạng quang bằng việc sử dụng các ghép nối đơn giản.

Cấu hình đảm bảo tính ổn định và thực hiện tốt chức năng tách ghép kênh được đưa ra dựa trên thiết bị 4 cổng PW (planar waveguide) được mô tả trong hình … Nó bao gồm các thiết bị : bộ chia 3 dB và cách tử ở một trong các cổng ra output của coupler làm nhiệm vụ chọn bước sóng. Nguyên lý hoạt động của OADM dạng này như sau : ánh sáng được đưa vào cổng In 1 và được định hướng tới FBG có bước sóng phản xạ là λG, ánh sáng có bước sóng này được cách tử phản xạ trở lại Circulator và được tách ra ở cổng Drop 4, các phần ánh sáng còn lại sẽ chuyển qua cách tử và đưa tới Circulator 2. Nếu OADM lựa chọn bước sóng dựa trên cách tử Bragg với bước sóng phản xạ là λG và khi các kênh (các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau) được đưa vào cổng 1 hoặc 3 các tín hiệu có bước sóng λG được lựa chọn sẽ được phản xạ và đưa đến cổng 4 hoặc 2 theo thứ tự đó.

Tuy nhiên đối với các ứng dụng trong hệ thống truyền dẫn quang WDM, EDFA cũng có những hạn chế đó là do cấu trúc mức năng lượng, EDFA có hệ số khuyếch đại không đều nhau đối với các bước sóng khác nhau của hệ thống WDM, điều này dẫn đến các hệ thống WDM sử dụng khuyếch đại EDFA có chất lượng của các kênh tín hiệu không đều nhau ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn, do vậy sự cân bằng phổ khuyếch đại của một bộ khuyếch đại rất cần thiết cho việc cân bằng năng lượng giữa các kênh nhằm tránh lỗi các tín hiệu được truyền qua hệ thống truyền dẫn quang. Các dạng thiết bị này có thể được phân chia làm hai loại : đó là thiết bị active (chủ động) với khả năng cấu hình lại do đó nó có khả năng thay đổi đặc tính phổ tuỳ thuộc vào các hiệu ứng bão hoà, dạng thiết bị passive (thụ động) có đặc tính phổ hoàn toàn cố định không có khả năng thay đổi. Tất cả các thiết bị trên đều có các thuộc tính đó là khả năng cân bằng khuyếch đại và giảm suy hao xen (insertion loss). Cấu hình của EDFA sử dụng bộ lọc như sau :. Tín hiệu cân bằng Bộ lọc. cân bằng WDM EDFA. coupler Tín hiệu. 17: Cấu hình bộ lọc đặt ngoài EDFA. Tín hiệu cân bằng Bộ lọc. cân bằng WDM EDFA. coupler Tín hiệu. Việc lựa chọn cấu hình cũng như loại thiết bị dùng để cân bằng khuyếch đại cho hệ thống EDFA phụ thuộc vào nhiều yếu tố như yêu cầu của hệ thống WDM đang sử dụng, yêu cầu về các thuộc tính kĩ thuật như là suy hao, xuyên âm …. Tuy vậy, trong các hệ thống thực tế hiện nay các thiết bị cân bằng dùng FBG hiện đang rất phát triển và có nhiều ứng dụng rộng rãi và tỏ ra rất phù hợp với các hệ thống WDM bởi độ tin cậy cao và chi phí sản xuất rẻ. 2 Ứng dụng của FBG trong bộ cân bằng khuyếch đại EDFA. 19: EDFA không sử dụng và có sử dụng FBG. 19) mô tả cấu hình EDFA có sử dụng bộ cân bằng và không sử dụng bộ cân bằng khuyếch đại.

Trong cấu hình sử dụng bộ cân bằng khuyếch đại, cách tử Bragg được đặt ngay trước sợi quang pha Erbium nhằm mục đích phản xạ gần như toàn bộ nhiễu khuyếch đại tự phát ASE quay trở lại sợi EDF nhằm giảm bão hoà gây nên bởi tín hiệu, do vậy đã làm tăng dải biến thiên công suất đầu vào. Các đặc tuyến thực nghiệm xác định hệ số khuyếch đại của EDFA đối với công suất tín hiệu đầu vào và chiều dài khuyếch đại như thể hiện trên hình vẽ dưới tương ứng với bước sóng tín hiệu 1550 nm, 11 m chiều dài sợi EDF, công suất bơm 145 mW, trong các trường hợp không sử dụng FBG và sử dụng FBG băng hẹp (NB-FBG)/ FBG băng rộng (BB-FBG). Trong trường hợp không sử dụng FBG: hệ số khuyếc đại hay nói cách khác độ khuyếch đại của EDFA giữ ổn định (hầu như không thay đổi, thể hiện ở đoạn bằng phẳng trên đường đặc tuyến) khi công suất tín hiệu đầu vào còn nhỏ trong phạm vi từ - 40 dB dến – 16 dB (nghĩa là khoảng biến thiên công suất tín hiệu đầu vào 24 dB); khi công suất tín hiệu đầu vào vượt giá trị công suất tín hiệu đầu vào bảo hoà.

Trong trường hợp sử dụng FBG (cấu hình sử dụng BB-FBG hoặc NB-FBG): hệ số khuyếch đại của EDFA hầu như không thay đổi khi công suất tín hiệu đầu vào thay đổi (phạm vi rộng hơn so với khi không sử dụng FBG) từ -40 dBm tới -2 dBm (khoảng biến thiên công suất tín hiệu đầu vào 38 dB); khi công suất tín hiệu đầu vào tương đối lớn và đạt giá trị bão hoà Psat rin−ef( 2− dBm)hệ số khuyếch đại bắt đầu thay đổi; khi công suất tín hiệu vượt giá trị bão hoà ef. Điều này giải thích như sau: do tác dụng phản xạ lại phần công suất nhiễu ASE hướng ngược PASE− , sau khi bọ phản xạ bởi FBG, thành phần ASE này sẽ truyền cùng hướng truyền tín hiệu, khi đó nó lại trở thành ASE hướng thuận (. P+ ), do đó ánh sáng tín hiệu bị hấp thụ một phần, cho nên đã làm giảm bão hoà khuyếch đại gây nên bởi tín hiệu khuyếch đại hay nói cách khác công suất tín hiệu đầu ra vẫn tiếp tục tăng lên khi công suất tín hiệu vào tăng (so với trường hợp không sử dụng FBG), theo các phương trình hệ số khuyếch đại của EDFA vẫn không thay đổi (đoạn đặc tuyến bằng phẳng mở rộng hơn) khi công suất tín hiệu đầu vào tăng lên cho tới khi công suất tín hiệu đầu vào tăng lên tới giới hạn bão hoà (-2dBm), kể cả có sự góp phần thêm vào của công suất ASE phản xạ ngược trở lại FBG; nếu công suất tín hiệu đầu vào tiếp tục tăng lên, công suất tín hiệu đầu ra tăng lên chậm dần rồi đạt tới trạng thái bão hoà, từ phương trình (13) khi công suất đầu ra tăng lên chậm dần rồi hầu như không tăng, nhưng công suất tín hiệu đầu vào vẫn. Sự suy giảm hệ số khuyếch đại của EDFA khi sử dụng FBG so với khi không sử dụng FBG là do: trong cấu hình sử dụng FBG để phản xạ nhiễu ASE ngược trở lại sợi EDF, như đã phân tích ở trên, nhiễu ASE bị phản xạ ngược trở lại sợi EDF bởi FBG trở thành cùng chiều với hướng truyền tín hiệu, cho nên tác động làm suy giảm công suất tín hiệu đầu vào và giảm bão hoà khuyếch đại gây nên bởi tín hiệu được khuyếch đại;.