II. Bộ chuyển đổi bước sóng
3. Kỹ thuật giao thoa
Hiệu ứng thay đổi pha tương tự tạo ra biến dạng xung trong CGM có thể được sử dụng để thực hiện chuyển đổi bước sóng. Vì mật độ mang trong bộ khuếch đại thay đổi theo tín hiệu đầu vào, nó tạo ra sự thay đổi trong chỉ số khúc xạ, từ đó điều chỉnh pha của đầu dò - do đó chúng tôi sử dụng thuật ngữ điều chế pha chéo cho cách tiếp cận này. Điều chế pha này có thể được chuyển đổi thành điều chế cường độ bằng cách sử dụng giao thoa kế như giao thoa kế Mach-Zehnder (MZI) (xem Sec-tion 3.3.7).Hình 3.78 cho thấy một cấu hình có thể có của bộ chuyển đổi bước sóng bằng cách sử dụng điều chế pha chéo. Cả hai cánh tay của MZI có cùng chiều dài, với mỗi cánh tay kết hợp SOA. Tín hiệu được gửi ở một đầu (A) và đầu dò ở đầu kia (B). Nếu không có tín hiệu, thì tín hiệu đầu dò sẽ không được điều chỉnh. Các couplers trong MZI được thiết kế với tỷ lệ cou-pling bất đối xứng γ ≠ 0,5. Khi tín hiệu có mặt, nó gây ra sự thay đổi pha trong mỗi bộ khuếch đại. Sự thay đổi pha gây ra bởi mỗi bộ khuếch đại trên đầu dò là khác nhau vì lượng công suất tín hiệu khác nhau có mặt trong hai bộ khuếch đại. MZI dịch sự khác biệt pha tương đối này giữa hai cánh tay của nó trên đầu dò thành tín hiệu điều chỉnh cường độ ở đầu ra.
Cách tiếp cận này có một vài tính chất thú vị. Trạng thái tự nhiên của MZI (khi không có tín hiệu đầu vào) có thể được sắp xếp để tạo ra sự can thiệp phá hoại hoặc mang tính xây dựng trên tín hiệu đầu dò.
Do đó, chúng ta có thể có một sự lựa chọn xem dữ liệu xuất hiện giống như dữ liệu đầu vào hay bổ sung. Ưu điểm của cách tiếp cận này so với CGM là cần ít năng lượng tín hiệu hơn nhiều để đạt được sự thay đổi pha lớn so với sự thay đổi tăng lớn. Trên thực tế, công suất tín hiệu thấp và công suất thăm dò cao có thể được sử dụng, làm cho phương pháp này hấp dẫn hơn CGM.
Phương pháp này cũng tạo ra tỷ lệ tuyệt chủng tốt hơn vì sự thay đổi pha có thể được chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra được điều chỉnh biên độ "kỹ thuật số" bởi giao thoa kế. Vì vậy, thiết bị này cung cấp tái tạo với việc định hình lại (2R) của các xung.
Hình 3.78 Chuyển đổi bước sóng bằng điều chế pha chéo bằng cách sử dụng các dụng cụ quang học bán dẫn được nhúng bên trong giao thoa kế Mach-Zehnder.
Tùy thuộc vào nơi MZI được vận hành, đầu dò có thể được điều chỉnh với cùng một cực như tín hiệu đầu vào hoặc cực đối diện. Đề cập đến Hình 3,78, nơi chúng ta vẽ công suất kết hợp ở bước sóng đầu dò so với công suất ở bước sóng tín hiệu, tùy thuộc vào độ dốc của bộ phận rẽ kênh sự gia tăng công suất tín hiệu có thể giảm hoặc tăng công suất kết hợp ở bước sóng đầu dò. Giống như CGM, tốc độ bit có thể được xử lý tối đa là 10 Gb / giây và bị giới hạn bởi tuổi thọ của nhà mạng. Tuy nhiên, cách tiếp cận này đòi hỏi phải kiểm soát rất chặt chẽ dòng thiên vị của SOA, vì những thay đổi nhỏ trong dòng tiền thiên vị tạo ra những thay đổi chỉ số khúc xạ ảnh hưởng đáng kể đến giai đoạn tín hiệu đi qua thiết bị.
Chúng ta đã thấy ở trên rằng phương pháp giao thoa CPM cung cấp sự tái sinh với việc định hình lại (2R) của các xung. Như chúng ta đã thấy trước đó, trong khi 2R làm sạch hình dạng tín hiệu, nó không loại bỏ sự rung động pha (hoặc tương đương thời gian) trong tín hiệu, sẽ tích lũy với mỗi giai đoạn 2R như vậy. Để làm sạch hoàn toàn tín hiệu, bao gồm các đặc điểm thời gian của nó, chúng ta cần tái tạo bằng cách định hình
lại và kích hoạt lại (3R). Hình 3.79 cho thấy một đề xuất để thực hiện điều này trong lĩnh vực quang học mà không cần dùng đến chuyển đổi điện tử [Chi97, Gui98]. Cách tiếp cận này sử dụng sự kết hợp của CGM và CPM . Chúng tôi giả định rằng đồng hồ cục bộ có sẵn để lấy mẫu dữ liệu đến. Đồng hồ này cần được phục hồi từ dữ liệu; Chúng tôi sẽ nghiên cứu cách làm điều này trong Phần 12.2. Bộ tái tạo bao gồm ba giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên lấy mẫu tín hiệu. Nó sử dụng CGM trong SOA. Tín hiệu đến được thăm dò bằng cách sử dụng hai tín hiệu riêng biệt ở các bước sóng khác nhau.
Hình 3.79 Tái tạo toàn diện với định hình lại và nâng cấp (3R) bằng cách sử dụng kết hợp Điều chế thu thập chéo và điều chế pha chéo trong bộ khuếch đại quang bán dẫn.
(Sau [Chi97].)
Hai tín hiệu đầu dò được đồng bộ hóa và điều chỉnh với tốc độ gấp đôi tốc độ dữ liệu của tín hiệu đến. Vì đồng hồ có sẵn, pha của tín hiệu đầu dò được điều chỉnh để lấy
mẫu tín hiệu đầu vào ở giữa khoảng bit. . Ở đầu ra của giai đoạn đầu tiên, hai tín hiệu đầu dò đã giảm mức công suất khi tín hiệu đầu vào có mặt và mức công suất cao hơn khi tín hiệu đầu vào vắng mặt. Trong giai đoạn thứ hai, một trong những tín hiệu đầu dò bị trì hoãn nửa khoảng thời gian một chút đối với tín hiệu kia. Ở đầu ra của giai đoạn này, tín hiệu kết hợp có một tỷ lệ nhỏ phù hợp với tốc độ bit của tín hiệu đầu vào và đã được tái tạo và thời gian lại. Tín hiệu này sau đó được gửi qua giai đoạn chuyển đổi giao thoa dựa trên CPM, sau đó tái tạo và định hình lại tín hiệu để tạo ra tín hiệu đầu ra đã được tái tạo, định thời gian lại và định hình lại.
4. Trộn sóng.
Hiện tượng trộn bốn sóng xảy ra do tính phi tuyến trong môi trường truyền dẫn (được thảo luận trong Phần 2.4.8) cũng có thể được sử dụng để thực hiện chuyển đổi bước sóng. Nhớ lại rằng trộn bốn sóng gây ra ba sóng ở tần số f1, f2 và f3 tạo ra sóng thứ tư ở tần số f1 + f2 -f3; khi f1 = f2, chúng ta nhận được một sóng ở tần số 2f1 - f3. Điều thú vị về sự pha trộn bốn sóng là các sóng kết quả có thể nằm trong cùng một dải với các sóng tương tác. Như chúng ta đã thấy trong Phần 2.4.8, trong các sợi quang, công suất trộn bốn sóng được tạo ra khá nhỏ nhưng có thể dẫn đến crosstalk nếu có (xem Phần 5.8.4) .
Đối với mục đích chuyển đổi bước sóng, công suất trộn bốn sóng có thể được tăng cường bằng cách sử dụng SOA vì cường độ cao hơn trong thiết bị. Nếu chúng ta có tín hiệu ở tần số fs và đầu dò ở tần số fp, thì trộn bốn sóng sẽ tạo ra tín hiệu ở tần số 2fp - fs và 2fs - fp,miễn là tất cả các tần số này nằm trong băng thông khuếch đại (Hình 3.80).
Ưu điểm chính của trộn bốn sóng là nó thực sự trong suốt vì hiệu ứng không phụ thuộc vào định dạng điều chế (vì cả biên độ và pha được bảo tồn trong quá trình trộn) và tốc độ bit.
Nhược điểm là các sóng khác phải được lọc ra ở đầu ra SOA và hiệu quả chuyển đổi giảm đáng kể khi sự tách biệt bước sóng giữa tín hiệu và đầu dò được tăng lên. Chúng tôi sẽ nghiên cứu hiệu quả chuyển đổi của trộn bốn sóng trong Phần 5.8.4.
Hình 3.80 Chuyển đổi bước sóng bằng cách trộn bốn sóng trong bộ khuếch đại quang học bán dẫn
