Cấu trúc và kỹ thuật ghép kênh quang
MỤC LỤC
Cấu trúc cáp sợi quang
Cấu trúc sợi quang
Chiết suất của lớp phủ lớn hơn chiết suất của lớp bọc để loại bỏ các tia truyền trong lớp bọc vì khi đó sự phản xạ toàn phần không thể xẩy ra trên mặt giao tiếp giữa lớp bọc và lớp phủ. Dạng ống đệm lỏng: ống đệm lỏng thờng có hai lớp: lớp trong có hệ số ma sát nhỏ để sợi quang di chuyển tự do trong đó khi cáp bị kéo căng hay co lại - lớp ngoài che chở sợi quang trớc ảnh hởng của lực cơ học.
Hàn nối cáp sợi quang
Hàn kết dính: thực hiện bằng nhân công nên suy hao cao và chỉ dùng với sơi đa mode, ngày nay ít đợc dùng.Hàn bằng ống nối đàn hồi: Hàn bằng phơng pháp này độ suy hao không cao, nhng kém ổn định suy hao mối nối vào khoảng 0,25dB đối với sợi đa mode, và 0,5dB đối với sợi đơn mode. Tuy vậy vẫn không thể dùng mối hàn cố định để thay thế khớp nối nơi giao tiếp giữa sợi quang và các thiét bị đầu cuối quang hoặc giữa sợi quang bên ngoài với sợi quang trong trạm nên ta phải dùng phơng pháp khớp nối (connector).
Linh kiện biến đổi điện quang - quang điện
Khái niệm về bán dẫn
Nếu trong vùng dẫn có số điện tử nhiều hơn mức cân bằng, thì điện tử thừa sẽ rơi xuống vùng hoá trị một cách tự phát để kết hợp với lỗ trống, trong quá trình chuyển từ mức năng lợng cao xuống mức năng lợng thấp, năng lợng chênh lệch. Khi các photon đợc phát ra do quá trình tái hợp điện tử và lỗ trống lại kích thích các điện tử đang ở mức năng lợng cao chuyển xuống mức năng lợng thấp và phát ra photon mới.
Linh kiện phát quang 1. Nguyên lý chung
Còn lớp tiếp xúc về phía p là p- GaAs có độ rộng vùng cấm bé, lớp nền n-GaAs trong vùng đặt sợi quang có dạng lừm để giảm bề dầy vật liệu hấp thụ ỏnh sỏng phúng vào lừi sợi. So với LED thì phổ phát xạ của laser rất hẹp khoảng 1 đến 4 nm, khi chế tạo LD có phổ càng hẹp càng tốt vì sẽ giảm đợc tán sắc chất liệu khi sử dụng bớc sóng 1550 nm.
Linh kiện thu quang (tách sóng quang)
Một hạt photon đi quan miền π (hấp thụ ánh sáng mạnh) và tạo ra một cặp điện tử-lỗ trống-khi các điện tử và lỗ trống qua miền tăng tốc thì tốc độ của chúng tăng lên đột biến va đập vào các nguyên tử của bán dẫn và giải phóng ra cặp điện tử-lỗ trống thứ hai. Có thể giữ đợc u điểm của PIN và khắc phục các nhợc điểm của nó bằng cách dùng kết hợp PIN với 1 transistor trờng (FET) trong mạch tiền khuếch đại, gọi PIN-FET chúng đợc dùng khá phổ biến trong hệ thống thông tin quang ngày nay có độ nhậy xấp xỉ của APD.
Kỹ thuật khuếch đại quang
Các đặc tính của SLA
Để đạt đợc độ phản xạ thấp tới 1/10000 trong thực nghiệm ngời ta phải sử dụng các màn khử khí SiN có điều khiển chỉ số chiết suất bằng cách điều chỉnh áp lực thành phần Nitơ trong Plasma, hoặc bằng sự lắng đọng của các màng SiOx có điều khiển chỉ số chiết suất cho các mặt laser GaInAsP. Gần mời năm trớc đây, việc sử dụng các sợi quang có pha tạp để làm các bộ khuếch đại tín hiệu ánh sáng đã đợc đa ra, các sợi này đợc xem nh là sợi tích cực vì chúng có thể thay đổi các đặc tính vật lý của chúng theo sự thay đổi nhiệt.
Bộ khuếch đại quang sợi EDFA
Nếu sự tập trung của Erbium là quá cao ( lớn hơn. Đối với lừi cú nhụm hoặc là đối với lừi cú pha Germanium) thì chúng sẽ kết cụm lại với nhau làm giảm tính năng của sợi. C) Dải đông khuyếch đại, nhiễu xuyên âm và độ nhạy phân cực của EDFA. Tín hiệu thông tin trong hệ thống truyền dẫn sóng ánh sáng đợc gửi đi bằng cách điều biến công suất bức xạ từ laser bán dẫn. Yêu cầu của các thiết bị. đặt giữa bộ phát và bộ thu quang là không đợc gây méo tín hiệu. Sự méo tín hiệu gây ra do các bộ khuếch đại quang có hệ số khuếch đại biến đổi. EDFA có thể làm triệt tiêu sự dao động của hệ số khuếch đại. Bởi vì thời gian phân huỷ ngẫu nhiên ở trạng thái kích thích có thời gian sống rất dài, sự bão hoà hệ số khuếch. đại rất thấp. Điển hình là phải mất 0,1 tới 1ms để làm giảm hệ số khuếch đại sau khi tín hiệu bão hoà đợc đa vào trong EDFA. Vì khoảng thời gian này là quá dài so với chu kỳ xung trong các tín hiệu Gêgabít và sự điều biến tín hiệu trong các hệ thống analog, cho nên EDFA làm méo tín hiệu và nhiễu xuyên âm rất bé. Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại quang không bị ảnh hởng của sự phân cực tín hiệu vào. Mặt khác tín hiệu có thể bị méo và nhiễu nhiều hơn khi có. độ phân cực trong sợi quang truyền dẫn bị biến đổi ngẫu nhiên với thời gian. Hệ số khuếch đại không phụ thuộc vào độ phân cực của khuếch đại là do sự phân bố. đối xứng tròn của sợi dẫn quang và hớng ngẫu nhiên của các ion Erbium trong sợi quang. D) Nguồn bơm và các thiết bị thụ động cho EDFA. Nếu đặt vào trong đờng truyền này một bộ cách ly quang (Isolator) nh ta đã chỉ ra ở hình 5.6 thì có thể làm triệt tiêu sự phản xạ này. Các bộ cách ly quang thờng làm giảm ánh sáng phản xạ đi khoảng 35dB trong khi đó chỉ tổn hao cho tín hiệu truyền qua là 1dB. E) Hệ thống sử dụng EDFA.
Kü thuËt ghÐp bíc sãng quang
Kỹ thuật ghép kênh quang là ghép bớc sóng quang (WDM - Wavelenghth Division Multiplexing), ghép kênh quang theo tần số (OFDM - Optical Frequency Division Multiplexing) và ghép kênh quang theo thêi gian (OTDM - Optical Time Division Multiplexing). Các hai phơng án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép bớc sóng quang WDM nh ở hình 5.2. Phơng án truyền dẫn ghép bớc sóng quang theo một hớng nh hình 5.2a) là kết hợp các tín hiệu có bớc sóng khác nhau vào sợi quang ở đầu kia. Phơng án truyền dẫn WDM hai hớng nh ở hình 5.2b) thì không qui. định phát ở một đầu và thu ở một đầu; điều này có nghĩa là có thể phát thông tin theo một hớng tại các bớc sóng λ1 và đồng thời cũng phát thông tin khác theo h- ớng ngợc lại tại bớc sóng λ2. Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bớc sóng. Hệ thống ghép bớc sóng theo một hớng a, và theo hai hớng b). Với suy hao xen nhỏ hơn 3dB (cho mỗi cặp) và suy hao xuyên kênh cao hơn 25dB. Cấu trúc Bộ giải ghép 2 kênh sử dụng bộ lọc giao thoa. Cấu hình cơ bản và b) bộ giải ghép sử dụng hia lăng kính 1/4 bớc GRIN-rod. Các thiết bị WDM có nhiều hơn 2 kênh sẽ đợc cấu tạo dựa trên cấu hình bộ lọc tầng. ở đây mỗi một bớc trong tầng sẽ lựa chọn một bớc sóng, hình 5.10 minh hoạ về thiết bị này. Cấu trúc cơ bản của một bộ giải ghép giao thoa nhiều kênh. L¨ng kÝnh Grin. Đôi khi, có thể thực hiện tạo ra bộ giải ghép mà không cần sử dụng đến các phần tử chuẩn trực. Ví dụ ở hình 5.11, thiết bị không có lăng kính, mà các bộ lọc giao thoa ở đây đợc đặt trên từng đoạn một cách thích hợp và đầu sợi đợc. Cấu trúc cơ bản của bộ giải ghép nhiều kênh sử dụng bộ lọc giao thoa gắn trực tiếp vào sợi. Một kỹ thuật vi quang khác để tách các bớc sóng khác nhau khá tin cậy là phơng pháp sử dụng các phần tử phân tán góc nh đã chỉ ra hình 4.7b).
Ghép kênh quang theo tần số OFDM
OFDM sẽ đóng góp vai trò quan trọng trong các hệ thống thông tin quang hiện tại và tơng lai, nó là vấn đề trọng yếu để sử dụng vào mục tiêu thực hiện mạng cáp quang hoá hoàn toàn. Các hệ thống ghép kênh quang theo tần số phải dựa trên các nguồn phát quang có tần số ổn định, các thiết bị quang thụ đọng nh các bộ lọc quang, các bộ khuếch đại quang băng rộng có thể khuếch đại nhiều kênh OFDM cùng một lúc.
Ghép kênh quang theo thời gian OTDM
Các sản phẩm của phía phát OTDM đợc phát triển hầu nh dựa vào các công nghệ tổ hợp mạch lai ghép, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiến hnàh nghiên cứu trong phòng thí nghiệm bởi bì với những thành phần sản phẩm quang sợi này, có thể tiến hành các thí nghiệm có các điều kiện tơng tự nh vậy. Vì vậy, kỹ thuật công nghệ ngày nay đã tiến hành cải tiến các loại laser bằng nhiều phơng pháp trong đó nổi trội là các cải tiến kỹ thuật nh kỹ thuật chặn (khoá) mode trong laser, kỹ thuật chặn mode điều hoà trong laser sợi, kỹ thuật thay đổi hệ số khuếch đại trong laser phản hồi pân tan (DFB-LD) và kỹ thuật chắn sóng CW (Continuous Wave) ở bộ điều biến điện - hấp thụ (EA). Có thể kể đến nh sau:. Kỹ thuật chặn mode trong các laser: Đây là một kỹ thuật để tạo ra các xung quang cực ngắn tốc độ lặp lại cao. Kỹ thuật này cho phép tạo ra một loại laser mới có khả năng chạn mode và cho ra các xung quang cực ngắn. Hiện nay các hệ thống thông tin quang cha đwocj thử nghiệm ở các tốc độ này. Để chặn đợc mode tại tốc độ tơng ứng, ngời ta dùng một laser có hốc cộng hởng dài ghép với một ống dẫn sóng thụ động và sẽ tạo ra đọc phản xạ Bragg. Kết quả của kỹ thuật này tạo ra đợc hốc cộng hởng dài tới 5,5mm và nó có thể làm việc ở 8GHz với cự ly thực nghiệm truyền dẫn Soliton 4000Km. Nhợc điểm của kỹ thuật này là không điều chỉnh đợc tần số lặp. b) Kỹ thuật chặn mode điều hoà trong Laser sợi: Đây là kỹ thuật đầy hứa hẹn vì nó có thể tạo ra xung TL trong vùng khoảng 10GHz mà không có một sự bù chirp nàohay áp dụng phơng pháp nén xung nào (hiện tơng chirp là sự thay.
