III. Điều chế phân cực:
2.Các phương pháp điều khiển phân cực:
2.1 sử dụng các sợi duy trì phân cực:
Thông thường sợi đơn mode lan truyền theo hai mode HE11 phân cực trực giao nhau, chúng truyền dọc sợi không bị xáo trộn nhưng thực tế các sợi có vật liệu cấu tạo không hoàn hảo, các nhiễu loạn bên ngoài như ứng suất bề mặt, nhiệt độ, độ uốn, chấn động… làm cho sự phân cực ở đầu ra bị biến đổi. Các sợi bảo toàn phân cực được đặc trưng bởi độ khúc xạ kép mode β.β = βx -
βy tức là hiệu các hằng số lan truyền của hai mode trực giao. Độ khúc xạ kép mode β liên quan đến độ dài phách Lp theo công thức: β
π
2
=
P
L . Độ dài phách là độ dài của sợi qua đó trạng thái phân cực quay trở lại trạng thái ban đầu khi tín hiệu truyền dọc sợi. Người ta thường áp dụng một số biện pháp để đạt được các sợi bảo toàn phân cực như sau:
• Phương pháp thứ nhất: sản xuất các sợi có β rất thấp, sợi này rất nhạy đối với các tác động bên ngoài nhưng có thể duy trì trạng thái phân cực trực giao ở đầu vào bất kì.
• Phương pháp thứ 2: Tạo ra các sợi có β cao nhằm loại bỏ các tác động bên ngoài. Có thể đạt được độ khúc xạ kép bằng cách tạo ra tính bất đối
xứng trong lõi (ví dụ lõi lệch tâm hoặc các sợi lõi elip) hoặc đưa vào ứng suất bằng cách thiết kế vỏ thích hợp.
Một các khác tạo ra sự đơn mode thật sự bằng cách thiết kế sợi trong đó chỉ lan truyền mode chính còn các mode bị giảm rất thấp, ví dụ như sợi phân cực đơn.
2.2. Sử dụng các kỹ thuật trộn và chuyển đổi phân cực:
Phổ thăng giáng phân cực phụ thuộc vào độ dài sợi (phương sai cuả sự thăng giáng tỉ lệ thuận với độ dài sợi), trạng thái sợi, nhưng băng tần của nó trải rộng xấp xỉ từ 0 →100Hz hoặc có thể đến 2KHz. Như vậy, nó nhỏ hơn nhiều so với tần số điều biến (tốc độ bit). Vì lý do này, ảnh hưởng của nhiễu phân cực có thể được đánh giá trong khoảng thời gian kéo dài hàng ngàn bit. Từ những nhận định trên, người ta tiến hành thêm nhiễu phân cực nhân tạo và nhiễu tự nhiên để làm giảm ảnh hưởng của chúng. Nguyên lý hoạt động được trình bày như sau:
Hình 2.12. Máy phát trộn phân cực hoặc chuyển đổi phân cực
Hình 2.12 máy phát trộn phân cực hoặc chuyển đổi phân cực. Tín hiệu điều biến được truyền dọc sợi sau khi qua bộ điều biến phân cực. Đó là bộ
quay pha tín hiệu phân cực trực giao một góc 900. Máy thu ở đây là máy thu đổi tần tiêu chuẩn có độ rộng băng tần rộng lớn hơn một ít so với bộ lọc IF. Nếu trạng thái phân cực trực giao đã thu được của tín hiệu quay nhanh giữa hai trạng thái trực giao trong khoảng thời gian một bit thì có thể đảm bảo rằng trung bình một nửa công suất của tín hiệu sẽ được khôi phục lại bộ điều chế phân cực. Trong thực tế, trung bình theo thời gian tích vô hướng của trường giao động nội và trường tín hiệu sẽ không bao giờ bằng 0.
Hình 2.13. Vectơ trạng thái phân cực trực giao ở máy thu để chuyển đổi phân cực
Có hai bổ xung để thực hiện kỹ thuật này:
+ Trộn phân cực: tần số chuyển đổi bộ phân cực lớn hơn nhiều so với tốc độ bit, như vậy không cần đồng hồ để đồng bộ điều chế phân cực, vì có nhiều chuyển tiếp trong khoảng thời gian một bit. Mặt độ rộng băng tần của bộ lọc IF rất rộng và do tần số chuyển đổi cao nên các yêu cầu phần cứng đối với bộ điều chế phân cực trở nên rất nghiêm ngặt.
+ Chuyển đổi phân cực đồng bộ: các chuyển tiếp giữa các trạng thái phân cực trực giao xuất hiện chính xác tại điểm giữa của khe bit. Vì vậy, cần phải đồng bộ với đồng hồ của hệ thống, tuy nhiên cần giảm băng tần của bộ lọc và giảm nhẹ các yêu cầu của phần cứng.
Mặc dù phương pháp trộn và chuyển đổi phân cực làm giảm độ nhạy của hệ thống 3 dB và yêu cầu có một bộ điều chế phân cực. Nhưng cấu trúc
của máy thu đơn giản hơn so với các cấu trúc khác đã nghiên cứu và có thể sử dụng trong hệ thống sợi quang kết hợp giá thành thấp.
2.3. Sử dụng máy thu phân cực trực giao:
Về cơ bản máy thu có thể khôi phục được hai trạng thái phân cực trực giao. Vấn đề cuối cùng là tín hiệu IF cần phải giải điều chế đường bao bằng thiết bị có đặc tính bình phương nhưng cũng có khi bằng một bộ phân biệt đường dây trễ. Nguyên lý được biểu diễn như hình 2.14. Sau bộ trộn quang là bộ phân chia tia phân cực, phân tín hiệu thành hai thành phần phân cực trực giao (chiếu theo trục x, y) sau đó mỗi thành phần được tách sóng lọc trung tần và giải điều. Tiếp theo các đầu ra của chúng được cộng lại với nhau và cho qua bộ lọc tần thấp trong một khung chuẩn đã chọn thích hợp. Giả sử trường của bộ dao động nội được phân đều nhau dọc theo trục x,y.
( LO LOX) LO LOX X P t E = .cosω . +θ ( LO LOY) LO LOX X P t E = .cosω . +θ (2.14). Các thành phần X,Y của tín hiệu cho bởi:
( s s SX) s SX P t t t E = ( ).cosα.cosω +θ ( )+θ ( s s SY) s SY P t t t E = ( ).sinα.cosω +θ ( )+θ (2.15).
Ở đây, θs(t) là góc giữa trường tín hiệu và trục X. Sau photodiode là bộ lọc IF, dòng tín hiệu trên hai nhánh giả sử là giống nhau và:
( IF x) s LO X t P P t t t I ( )=η. . ( ).cosα.cosω +θ( )+θ ( IF y) s LO Y t P P t t t I ( )=η. . ( ).sinα.cosω +θ( )+θ (2.16).
Chỉ xét đến thành phần tần số thấp do bộ giải điều tạo ra và sau bộ cộng tín hiệu có dạng. (θ θ ).(cos2α sin2α) cos ). ( . . ) ( = LO s x− y + LP t yP P t I (2.17). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Điều này rõ ràng không phụ thuộc vào trạng thái phân cực trực giao đã thu được. Cũng có thể, để đạt được kết quả tương tự bằng cách sử dụng điều chế DPSK và 2 bộ giải điều chế đường dây trễ. Trong thực tế, các đầu ra của chúng là tích của tín hiệu với chính nó nhưng bọ trễ đi trong khoảng thời gian
1 bit. Nhưng vì sự thăng giáng phân cực là chậm so với tốc độ truyền bit nên sự hình thành các trường vẫn giữ nguyên sau khi giải điều tín hiệu trên hai nhánh tủ với cos2α và sin2α. Nhược điểm của máy thu không phụ thuộc vào trạng thái phân cực là cần phải có 2 máy thu kênh nhưng trái lại nó không cần hệ thống điều khiển tích cực phản hồi.
Kết Luận
Chương II là các phương pháp điều chế trong hệ thống Coherent. Trong hệ thống này tín hiệu trước khi truyền được điều chế tần số, pha, biên độ hoặc phân cực. Trong đó phương pháp điều chế phân cực là loại điều chế đặc trưng riêng cho hệ thống thông tin quang Coherent. Được mô tả trong hình 2.5 và hình 2.7. Dựa trên cơ sở mode cơ bản HE11 lan truyền trong sợi quang với hai trạng thái phân cực trực giao. Kỹ thuật điều chế tín hiệu có thể thực hiện theo hai phương pháp: điều chế trong và điều chế ngoài. Kĩ thuật điều chế trong là kĩ thuật điều chế bơm trực tiếp dòng tín hiệu vào laser diode, thích hợp với các hệ thống thông tin tốc độ thấp. Kỹ thuật điều chế ngoài thích hợp với các hệ thống thông tin hiện đại tốc độ cao và được điều chế bên ngoài laser. Ở phương pháp điều chế pha người ta sử dụng hiệu ứng quang điện tuyến tính thích hợp trong cả hai trường hợp đồng tần và đổi tần. Bộ điều chế cường độ thực hiện theo hai phương pháp: điều chế cường độ ghép định hướng và điều chế cường độ theo nguyên lý giao thoa quang học. Một trong các yêu cầu quan trọng nhất của hệ thống thông tin quang kết hợp là các sóng của tín hiệu dao động nội đưa đến mặt photodiode phải có cùng phân cực. Nếu không cùng phân cực sẽ làm ảnh hưởng đến biên độ và pha ở đầu ra. Để khắc phục điều này người ta thường sử dụng các phương pháp sau: Sử dụng sợi duy trì phân cực, sử dụng các kỹ thuật trộn và chuyển đổi phân cực, sử dụng máy thu phân cực trực giao.
Chương III :
Máy thu quang Coherent và những yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy máy thu