Trong thiết bị ghép-tách bước sóng vi quang thường sử dụng bộ lọc bước sóng bằng màng mỏng. Thí dụ bộ tách bước sóng dùng bộ lọc màng mỏng thể
hiện như hình 3.12.
Hình 3. 12: Bộ lọc màng mỏng điện môi
Bộ lọc có cấu trúc đa lớp gồm các lớp điện môi rất mỏng, có chiết suất cao và thấp đặt xen kẽ nhau. Bộ lọc làm việc dựa trên nguyên lý buồng cộng hưởng
Bộ lọc
λ1, λ2, ...., λn
λ2, ...., λn
Fabry-Perot, gồm hai gương phản xạ một phần đặt song song cách nhau chỉ bởi một lớp điện môi trong suốt.
Hình 3. 13: Cấu trúc bộ tách kênh sử dụng bộ lọc màng mỏng điện môi
Bề dày các lớp bằng 1/4 bước sóng truyền đối với bộ lọc bậc 0 và bằng 3/4λ0đối với bộ lọc bậc 1 và được chế tạo từ vật liệu có hệ số chiết suất thấp như
MgF2 có n = 1,35 hoặc SiO2 có n = 1,46 và vật liệu có chỉ số chiết suất cao như
TiO2 có n = 2,2.
Khi chùm tia sáng đi vào thiết bị, thì hiện tượng giao thoa ánh sáng xảy ra do phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hưởng. Nếu bề dày của lớp đệm là số
nguyên lần của nửa bước sóng ánh sáng tới thì giao thoa xếp chồng xảy ra
và công suất quang của bước sóng đạt giá trị cực đại và bước sóng đó sẽ được truyền dẫn thông suốt nhất. Các chùm ánh sáng ở những bước sóng khác trong buồng cộng hưởng hầu như bị phản xạ hoàn toàn. Đường cong phân bố
công suất ởđầu ra của bộ lọc có dạng như hình 3.14:
Hình 3. 14: Phân bổ công suất đầu ra của bộ lọc màng mỏng điện môi
Chiết suất cao Chiết suất thấp Lớp phân cách trong suốt POUT λ λ0
Bộ lọc thông thấp hoặc thông cao có bước sóng cắt λc (hình 3.15a là thông cao và hình 3.15b là thông thấp). Bộ lọc thông giải có bước sóng trung tâm λ0 và
độ rộng giải ∆λ (hình 3.15c). T là hàm truyền đạt của bộ lọc.
Hình 3. 15: Hàm truyền đạt của bộ lọc màng mỏng điện môi
Các bộ lọc thông thấp hoặc thông cao thường được sử dụng để tách 2 bước sóng có khoảng cách xa nhau, chẳng hạn 850 nm và 1300 nm hoặc 1300 nm và 1550 nm. Loại bộ lọc như vậy, thích hợp cho hệ thống DWDM sử dụng nguồn quang có dải phổ rộng (LED). Bộ lọc thông giải được sử dụng trong DWDM khi nguồn quang có phổ hẹp (LASER). Đối với bộ lọc thông giải có một vài yêu cầu:
đó là độ dốc sườn đường cong hàm truyền đạt phải đủ lớn để tránh xuyên âm giữa các kênh kề nhau, mặt khác độ rộng giải ∆λ có dung sai cho phép để đề
phòng dịch bước sóng trung tâm của nguồn quang khi nhiệt độ thay đổi.
Dưới đây ta xem xét một số thiết bị tách bước sóng dùng bộ lọc màng mỏng:
a) Bộ tách 2 bước sóng:
Cấu trúc cơ bản của bộ tách hai kênh như ở hình 3.16a, trong khi đó việc thực hiện thực tế cấu trúc này chỉđơn giản như ở hình 3.16b. Các phần tử chuẩn trực và hội tụ là các lăng kính GRIN 1/4 chu kỳ P. Bộ lọc được thiết kế để phát
đi λ1 và phản xạλ2 sẽđược đặt giữa hai lăng kính. λ (nm) T(%) a) SWPF λ (nm) T(%) a) LWPF λ (nm) T(%) a) BPF λc Thông cao (λ<λc) λc Thông thấp (λ>λc) λ0 Băng thông λ0-∆λ/2 <λ< λ0+∆λ/2 ∆λ
Hình 3. 16: Cấu trúc bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc giao thoa a) Cấu hình cơ bản và b) Cấu hình khi thực hiện trong thực tế
Các thiết bị tách bước sóng này có sẵn trên thị trường thương mại và được sử dụng rộng rãi ở các hệ thống thông tin quang sử dụng các nguồn phát LED ở
bước sóng 850 nm và 1300 nm, hoặc sử dụng các nguồn phát phổ hẹp của các tổ
hợp bước sóng như: 800 nm và 830 nm; 800 nm và 890 nm; 1200 nm và 1300 nm; hoặc 1300nm và 1550 nm vv..., với suy hao xen nhỏ hơn 3dB (cho mỗi cặp) và suy hao xuyên kênh cao hơn 25dB.
b) Bộ tách lớn hơn 2 bước sóng:
Thiết bị này sử dụng các bộ lọc nối tiếp nhau, và mỗi bộ lọc cho đi qua một bước sóng và phản xạ các bước sóng còn lại (xem hình 3.17):
Kính lọc Thấu kính λ1 λ2 λ1, λ2 Sợi quang a) λ1, λ2 λ1 λ2 Lăng kính Grin (1/4 P) Bộlọc b)
Hình 3. 17: Cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều bước sóng
Trong thực tế, thiết bị tách nhiều bước sóng ngoài các bộ lọc còn có thấu kính, các sợi quang vv...
Hình 3.18 là bộ tách 5 bước sóng dùng thấu kính GRIN và khối thuỷ tinh trong suốt.
Hình 3. 18: Bộ tách vi quang 5 kênh thực tế
Đôi khi có thể thực hiện tạo ra bộ tách kênh mà không cần sử dụng đến các phần tử chuẩn trực. Ví dụ như ở hình 3.19, thiết bị không có lăng kính, mà các bộ lọc giao thoa ở đây được đặt trên từng đoạn một cách thích hợp và đầu sợi
được mài nhẵn. Bộlọc (λ1) λ1, λ2,..., λn λ1 λ3 λ2 λ4 Sợi quang Lăng kính GRIN Khối thuỷtinh t ốt λ1,..., λ5 Bộ lọc λ1 λ3 λ5 λ2 λ4
Hình 3. 19: Bộ tách nhiều kênh sử dụng bộ lọc giao thoa gắn trực tiếp vào sợi
Các đầu sợi quang đặt trên mặt phẳng tiêu D. Gương cầu lõm A phản xạ
bước sóng 0,825 µm tới đầu ra. Gương cầu lõm B phản xạ bước sóng 0,870 µm từ sợi chung vào và tới sợi ra. Gương cầu lõm C phản xạ bước sóng 1,3 µm từ
sợi chung vào và tới sợi ra khác. Suy hao xen và suy hao xuyên âm như bảng dưới đây:
0,825 µm 0,870 µm 1,3 µm
Suy hao xen (dB) 0,4 0,75 1,3
Suy hao xuyên âm đầu gần (dB) - 0,6 - 40
Suy hao xuyên âm đầu xa (dB) - 78 - 120
Nhận xét:
Trong hai bộ tách ghép kênh, AWG và bộ lọc màng mỏng điện môi có nhiều ưu điểm hơn hẳn. Đối với bộ lọc thì giá thành rẻ khả năng cố định và phân tách các kênh riêng biệt là rất tốt, tuy nhiên bị suy hao tách ghép lớn. C̣n các AWG có khả năng bù phân cực lớn, và suy hao tách ghép nhỏ. Nhưng trở ngại chính của AWG là dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, do vậy chúng khó thích nghi với môi trường làm việc. AWG và bộ lọc đều sử dụng công nghệ tiên tiến nhất,
được ứng dụng trong khai thác vận hành thực tế. AWG được dùng để tách ghép nhiều kênh quang cùng một lúc trong khi bộ lọc chỉ có thể tách ghép một số
lượng kênh hạn chế hơn. λ1,..., λ4 Bộ lọc λ1 λ2 λ3 λ4 Sợi quang
3.4. Bộ khuyếch đại đường quang Băng tần sử dụng trong hệ thống quang DWDM gồm có 3 băng tần chính