Cân bằng và làm phẳng phổ khuếch đại rất quan trọng đối với hệ thống WDM kết hợp EDFA. Như ta đó biết, băng tần khuếch đại là không đồng dạng về phổ và thể hiện một vài gợn sóng, sự khác nhau về độ khuếch đại là xóy ra tại các kênh quang có khoảng cách bước sóng lớn. Trong chuỗi các bộ khuếch đại quang, ngay cả sự khác nhau như về phổ khuếch đại cũng có thể dẫn tới sự khác biệt lớn về công suất tín hiệu thu được, điều này gây ra sự khác nhau lớn về BER giữa các tín hiệu thu được tới mức không thể chấp nhận được
Cân bằng và làm phẳng phổ khuếch đại là làm cho hệ số khuếch đại đồng đều ở các kênh quang riêng rẽ.
Hỡnh 2.31 Phổ khuếch đại của EDFA
Các phương pháp cân bằng hệ số khuếch đại của EDFA là:
Sử dụng bộ lọc để suy hao tín hiệu đỉnh khuếch đại: xung quanh bước sóng 1530nm và xung quanh bước sóng 1558nm (trong trường hợp có sử dụng nhiều EDFA liên tiếp trên đường truyền).
Đặt các kênh quang tại các bước sóng mà nó cho ra các độ khuếch đại bằng nhau ở điều kiện bơm lớn nhất.
Điều chỉnh mức công suất đầu vào của các bước sóng sao cho tại đầu thu mức công suất của tất cả các bước sóng là như nhau.
2.5 PhotoDiode
Linh kiện quan trọng nhất của bộ thu quang là bộ tách quang PhotoDiode. PhotoDiode thực hiện chức năng cơ bản là biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện. PhotoDiode được sử dụng rộng rói trong bộ thu quang là PIN-PhotoDiode và APD. Chỳng ta sẽ tỡm hiểu PIN-PhotoDiode.
Cấu tạo của PIN-PhotoDiode
Nguyên tắc biến đổi quang-điện của PIN-PhotoDiode dựa vào nguyờn lý biến đổi quang-điện của lớp tiếp giáp p-n được phân cực ngược. Cấu trúc cơ bản và phân bố điện trường của PIN-PhotoDiode được chỉ ra ở hỡnh 2.32.
Hỡnh 2.32 PIN-PhotoDiode: a, Cấu trúc cơ bản ; b,phân bố điện trường
Cấu tạo của PIN-PhotoDiode bao gồm:
Một tiếp giỏp gồm 2 bỏn dẫn tốt là P+ và N+ làm nền, ở giữa cú một lớp mỏng bỏn dẫn yếu loại N hay một lớp tự dẫn I (Intrinsic).
Trờn bề mặt của lớp bỏn dẫn P+ là một điện cực vũng (ở giữa để cho ánh sáng thâm nhập vào miền I).
Trờn lớp bỏn dẫn P+ phủ một lớp chống phản xạ.
Nguyờn lý hoạt động của PIN-PhotoDiode
Khi các photon đi vào lớp P+ có mức năng lượng lớn hơn độ rộng của dải cấm, sẽ sinh ra trong miền P+, I, N+ của PIN-PhotoDiode các cặp điện tử và lỗ trống (chủ yếu ở lớp I).
Các điện tử và lỗ trống trong miền I vừa được sinh ra bị điện trường mạnh hút về hai phía (điện tử về phía N+ vỡ cú điện áp dương, lỗ trống về miền P+ vỡ cú điện áp âm). Mặt khác, các điện tử mới sinh ra trong miền P+ khuếch tán sang miền I nhờ gradien mật độ tại tiếp giáp P+I, rồi chạy về phớa N+ vỡ cú điện áp dương và lỗ trống mới sinh ra trong miền N+ khuếch tán sang miền I nhờ gradien mật độ tại tiếp giáp N+I, rồi chạy về phớa về miền P+ vỡ cú điện ỏp õm.Tất cả cỏc phần tử này sinh ra ở mạch ngoài của PIN-PhotoDiode một dũng điện và trên tải một điện áp.
Có một số điện tử và lỗ trống không tham gia vào quá trỡnh tạo ra dũng điện ngoài, vỡ chỳng được sinh ra ở miền P+ và N+ ở cỏch xa cỏc lớp tiếp giỏp P+I và N+I không được khuếch tán vào miền I (do ở khoảng cách xa hơn độ dài khuếch tán của động tử thiểu số), nên chúng lại tái hợp với nhau ngay trong các miền P+ và N+.
Trong trường hợp lý tưởng, mỗi photon chiếu vào PIN-PhotoDiode sẽ sinh ra một cặp điện tử và lỗ trống và giá trị trung bỡnh của dũng điện ra tỷ lệ với công suất chiếu vào. Nhưng thực tế không phải như vậy, vỡ một phần ỏnh sỏng bị tổn thất do phản xạ bề mặt.
Khả năng thâm nhập của ánh sáng vào các lớp bán dẫn thay đổi theo bước sóng. Vỡ vậy, lớp P+ không được quá dầy. Miền I càng dầy thỡ hiệu suất lượng tử càng lớn, vỡ xỏc suất tạo ra cỏc cặp điện tử và lỗ trống tăng lên theo độ dầy của miền này và do đó các photon có nhiều khả năng tiếp xúc với các nguyên tử hơn. Miền I phải dày hơn miền P+. Tuy nhiên, độ dài của xung ánh sáng đưa vào phải đủ lớn hơn thời gian trôi cần thiết để các phần tử mang điện chạy qua vùng trôi . Do đó, độ dày cũng không được lớn quá vỡ như thế tốc độ bit sẽ bị giảm đi.
Khi bước sóng ánh sáng tăng thỡ khả năng đi qua bán dẫn cũng tăng lên, ánh sáng có thể đi qua bán dẫn mà không tạo ra các cặp điện tử và lỗ trống. Do đó, với các vật liệu phải có một bước sóng tới hạn.
Các thông số cơ bản của PIN-PhotoDiode là độ nhạy thu, hệ số nhiễu (bao gồm nhiễu dũng tối, nhiễu dũng rũ và nhiễu nhiệt) và tỷ số lỗi bit (BER).