Hệ thống WDM: Nguyên lý và cấu tạo

Bộ phát quang

Bản thân mặt giao nhau có hình dạng khác nhau: hình sin hoặc không sin (nh hình vuông góc, hình tam giác..). Trong hình, ta thấy:. Trong đó m là số nguyên chẵn A là chu kì cách tử. uλ =λ/n là bớc sóng trong chất môi giới. λ là bớc sóng quang trong không khí. n là hệ số khúc xạ tơng đơng. Biến đổi một chút ta có thể đợc:. Nguyên lí phản xạ Bragg. ý nghĩa vật lý của công thức là: Đối với A và θ nhất định, khi có một λu tơng ứng thì sóng quang có bớc sóng. uλ sẽ can thiệp cùng với sóng quang phản xạ. Dựa vào nguyên lí này mà ngời ta đã chế tạo ra các loại laser có thể cho mode dọc đơn duy nhất. Đó là laser DFB và DBR. a) Kết cấu: Laser DFB không phải dựa vào khoang F-P để dao động kích quang mà dựa vào lới quang phân bố khoảng cách theo chiều dọc đều nhau, hình thành phối ghép quang. Chu kỳ A của lới quang gọi là cự ly lới. Kết cấu chu kì. này nằm luôn trong hốc cộng hởngLaser. Hình 2.2 thể hiện mặt cắt dọc của laser này. Líp kim loại. Líp kim loại tiếp xúc. và toả nhiệt. §Çu ra quang Lớp hoạt Tính. b) Nguyên lí: Khi có dòng điện vào laser, trong khu có nguồn phức hợp điện tử- lỗ trống bức xạ ra năng lợng tơng ứng với quang tử. - Dao động đơn mode dọc dải hẹp: Do chu kỳ cách từ(A) trong bộ phát quang DBF rất nhỏ,nên hình thành khoang cộng hởng kiểu nhỏ, đối với bớc sóng có tính lựa chon tốt làm cho giới hạn tăng ích của mode chính và mode biên tơng đối lớn, từ đó đợc dải phổ nguồn quang rất hẹp so với laser F-P. - Tính ổn định của bớc sóng tốt: Vì lới quang trong laser DFB có giúp cho việc chốt trên bớc sóng cho trớc, trôi nhiệt của 0,8 Αo /οC, tốt hơn nhiều so víi LASER khoang F-P. a) Kết cấu: Kết cấu laser phân bố phản xạ Bragg (DBR- Distributed Bragg Reflection) và kết cấu của laser DFB căn bản khác nhau (xem hình 2.3). Chỗ khác nhau là nó có kết cấu lới phản xạ nằm ngoài hốc cộng hởng. Với sự khác biệt này, phần điều khiển hốc cộng hởng LASER và phần điều khiển tần số theo nguyên lí Bragg là hoàn toàn độc lập. b) Nguyên lí: Nguyên lý làm việc của laser DBR cũng dựa vào nguyên lý phản xạ Bragg và thoả mãn chính xác công thức (2.3), đặc điểm cũng cơ bản giống.

Bộ tách quang và bộ ghép quang

Góc tán xạ phụ thuộc vào khoảng cách rãnh (gọi là bớc cách tử), góc tới và bớc sóng của ánh sáng tới. Cũng giống nh lăng kính, ánh sáng không đơn sắc đầu vào, sau khi đi qua lăng kính sẽ đợc tách thành các tia đơn sắc ở đầu ra theo các góc khác nhau. Khác với lăng kính, cách tử nhiễu xạ cho độ phân giải giữa các góc nhiễu xạ ở các bớc sóng khác nhau lớn hơn. Tại một bớc sóng có duy nhất một hớng ra có công suất ra lớn nhất. Các bớc sóng khác nhau có hớng ra khác nhau. Do đó ta có thể tách đợc một bớc sóng ra mong muốn bằng cách đặt sợi quang tại các vị trí có góc đón ánh sáng thích hợp. b) Nguyên lý và các tham số của cách tử nhiễu xạ. Theo công thức (2-42), muốn tăng độ phân giải phổ của bộ tách kênh, ta có thể tăng N hoặc giảm FSR. Tổng số kênh quang mà cách tử có khả năng phân tách là:. Nh vậy Nch tăng tỉ lệ theo N c) Các ứng dụng của cách tử nhiễu xạ. Nói chung, các bộ tách kênh sử dụng cách tử nhiễu xạ bao gồm ba phần chính là các phần tử vào (là một sợi truyền dẫn) và phần tử ra (là mảng sợi), phần tử hội tụ quang, phần tử tán sắc góc grating. Hình 2.21 là cấu hình đơn giản của bộ tách kênh Finke. Trong đó, mảng đầu sợi quang đợc đặt tại tiêu cự của một thấu kính tròn, phần tử tán sắc góc gratting. đợc đặt tai tiêu cự bên kia của thấu kính đó. Hình 2.22 là bộ tách Littrow với a) là cấu trúc cơ bản, b) là cấu trúc thực tế sử dụng lăng kính GRIN.

Bộ lọc quang loại cách tử Bragg có suy hao xen thấp, đặc tính phổ có dạng bộ lọc băng thông (BPF) với khả năng đạt đợc khoảng cách giữa các kênh là 50GHz. Đó là một đặc tính hoàn toàn thuyết phục. Ta có thể tạo ra bộ lọc khả chỉnh từ một cấu trúc cách tử Bragg. Có hai phơng pháp thay đổi băng thông của bộ lọc là điều khiển bằng nhiệt hoặc thay đổi độ nén dãn của sợi bằng tải cơ, song cách thứ hai đạt đợc tốc độ điều chỉnh cao hơn. b) Các ứng dụng của bộ lọc phản xạ Bragg.

Bộ khuếch đại quang

Với những khả năng to lớn nh vậy, EDFA đợc coi nh là một trạm lặp thế hệ mới, nó đợc ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống viễn thông hiện tại và tơng lai. Bộ khuếch đại quang sợi EDFA đợc cấu trúc bởi một đoạn sợi quang sợi pha tạp Erbium cùng các thành phần cần thiết khác.Các thành phần này gồm các thành phần thiết bị ghép thụ động WDM, bộ cách li quang Isolator và thiết bị tích cực nh Laser bơm. EDFA là một đoạn sợi quang có pha tạp Ebium, thực hiện chuyển đổi năng l- ợng phát xạ của nguồn bơm thành công suất tín hiệu. Tuy nhiên, laser bơm tại bớc sóng 1480nm có công suất phát lớn hơn so với laser 980nm. Nguyễn Tnành Chung D2001VT–. EDF Isolator ra Isolator. Dòng bơm vào. EDF Tín hiệu ra. Dòng bơm vào b) Bơm ngược chiều. - Bộ tiền khuếch đại PA (Pre – Amplifer) Là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp,đợc sử dụng ngay trớc Rx để tăng độ nhạy thu.Để đại đợc mức tạp âm ASE thấp,ngời ta sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp có thêm chức năng điều chỉnh bớc sóng trung tâm theo bớc sóng nguồn phát.

Bé thu quang

Tuy nhiên, suy hao ở vùng bớc sóng 1550 nm thấp hơn rất nhiều so với vùng 1310nm, hơn nữa bộ khuếch đại quang EDFA làm việc tại vùng này, nên sợi quang dịch tán sắc DSF (tuân theo khuyến nghị G.653) ngày càng ứng dụng nhiều hơn. Sợi quang này phù hợp cho các hệ thống ghép mật độ tha, hoặc hệ thống kênh mật độ khá cao, cự ly lớn, nhng không thích hợp cho các hệ thống ghép kênh mật độ cao DWDM vì hiệu ứng trộn tần 4 sóng xảy ra rất mạnh.