M Ở ĐẦ U 4
B ộ phát quang 6
2.1.4 Xuyên âm 26
Chúng ta thấy rằng đối với sự khuếch đại một kênh đơn (bước sóng đơn) thì bộ khuếch đại quang bán dẫn cách xa các hệ thống dẫn đầu đang sử dụng. Nhưng giả sử chúng ta muốn khuếch đại nhiều kênh (nhiều bước sóng) đồng thời, như làm trong các mạng ghép kênh nhiều bước sóng (WDM). Điều đầu tiên cần quan tâm là trong trường hợp như vậy có xuyên âm. Xuyên âm là bất cứ méo dạng nào của kênh gây ra bởi sự có mặt của kênh khác.
Có hai loại xuyên âm trong bộ khuếch đại quang bán dẫn: xuyên âm giữa các kênh và bão hòa chéo (cross saturation). Xuyên âm giữa các kênh cơ bản là hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM). Khi hai bước sóng (hai kênh) đi vào một SOA, nhiễu phi tuyến của chúng sinh ra các tín hiệu mới ở các tần số phách (sự kết hợp của các tổng và các hiệu). Bản chất vật lý của sự sinh ra các tín hiệu mới này là sự điều biến của các điện tửđược kích thích ở các tần số phách. Nhưng những tín hiệu mới này làm suy yếu dải dẫn (conduction band); đó là, chúng “đánh cắp” một phần độ lợi của tín hiệu ban đầu. Do đó, khuếch đại tín hiệu đầu vào ban đầu trở nên ít hơn và những tín hiệu mới không mong muốn xuất hiện. Giải thích này được mô tả trong hình 2.1.4.1.
Hình 2.1.4.1 Xuyên âm giữa các kênh
(a) Khuếch đại tín hiệu không có xuyên âm
Nghiên cứu đặc tính và các yếu tố ảnh hưởng lên hệ số khuếch đại của các Bộ khuếch đại quang
Bão hòa chéo xảy ra khi một bộ khuếch đại bán dẫn làm việc ở trạng thái bão hòa; đó là công suất của các tín hiệu đầu vào ở trên giá trị bão hòa. Khi một kênh thay đổi từ ON tới OFF, độ lợi thay đổi theo chiều ngược lại. Sự thay đổi độ lợi này dẫn tới sự thay đổi trong sự khuếch đại của tín hiệu khác vì tất cả các tín hiệu có cùng chung độ lợi sinh ra bởi một môi trường truyền dẫn. Hình 2.1.4.2 mô tảđiểm này.
Hình 2.1.4.2 Xuyên âm bão hòa chéo (cross saturation).
Xét tốc độ thay đổi độ lợi. Thời gian sống của hạt mang, hoặc thời gian phát xạ tự phát (τsp) trong bán dẫn là khoảng 1ns. Nếu tốc độ bit nhỏ hơn 1Gbit/s sẽ gây ra xuyên âm nghiêm trọng. Ngược lại, thời gian sống (lifetime) trong một bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium khoảng 10ms, có nghĩa là bất cứ tốc độ bit nào trên 100kHz cũng không gây ra xuyên âm. Đây là lý do tại sao xuyên âm không phải là yếu tố quan trọng trong bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium. Như vậy một môi trường tích cực không phản ứng lại thay đổi biên độ của tín hiệu đầu vào khi tần số của tín hiệu này lớn hơn 1/τsp.
Nghiên cứu đặc tính và các yếu tố ảnh hưởng lên hệ số khuếch đại của các Bộ khuếch đại quang
Để giảm xuyên âm, chúng ta cần tăng công suất bão hòa và giảm thời gian sống. Cả 2 mục tiêu đều đạt được có thể đạt được phần nào bởi sự phát triển của TWA với cấu trúc multiple – quantum – well (MQW - giếng lượng tử) strained – laser. Trên thực tế, công suất bão hòa khoảng 16dB (40mW) và thời gian tồn tại khoảng 0,2 ns đã đạt được trong những năm trước.