Bragg.
Cấu trúc một phần tử chuyển mạch sử dụng tinh thể LiNbO3 trên hiệu ứng phản xạ chùm tia như trong hình 2.14.
Phần tử này bao gồm hệ thống các điện cực, cách tử phản xạ Bragg và phần điều khiển điện áp. Phần tử chuyển mạch này cần có các công tắc điện cực sao cho có thể làm thay đổi chiết suất của tinh thể theo điện trường ngoài.
Hình 2.14: Chuyển mạch LiNbO3 dùng cách tử phản xạ Bragg
2.6.3.2 Nguyên lý hoạt động
Trước hết ta phải nắm được điều kiện để xảy ra hiệu ứng phản xạ chùm tia: Khi chiết suất của tinh thể thay đổi tuần hoàn theo một quy luật cố định nào đó sao cho chiết suất của tinh thể theo hướng truyền ánh sáng (tức là dọc theo chiều dài tinh thể) tạo thành các vạch có chiết suất khác nhau với khoảng cách của cách tử
chiết suấtnày đúng bằng khoảng cách Bragg: 2n
λ Λ =
thì sẽ xuất hiện hiệu ứng phản xạ chùm sáng có hướng ngược với hướng tới, trong đó λ là bước sóng của ánh sáng vào và n là chiết suất của tinh thể đối với ánh sáng đó.
Đối với phần tử chuyển mạch LiNiO3 thì nó hoạt động dựa trên hiệu ứng thay đổi chiết suất theo các hướng khác nhau của tinh thể khi có điện trường ngoài tác dụng lên tinh thể. Hiệu ứng thay đổi chiết suất tinh thể bằng điện trường phụ thuộc vào hướng điện trường áp đặt so với hướng truyền của ánh sáng. Đối với các
chuyển mạch quang thì ứng dụng phổ biến là trường hợp điện trường vuông góc với hướng truyền ánh sáng (xảy ra hiệu ứng Kerr)
Sự phụ thuộc chiết suất tinh thể vào điện trường E theo hiệu ứng Kerr được
biểu thị qua công thức : n (E) = n - 1/2. ξ.n3.E2 (2.20) Trong đó : n : chiết suất của tinh thể (khi điện trường E = 0)
ξ : hệ số Kerr
ξ có giá trị từ 10-15 đến 10-14 m2/V2 đối với tinh thể LiNbO3
Từ công thức (2.20) cho thấy chiết suất của tinh thể thay đổi tỉ lệ với E2.
Với chuyển mạch quang kiểu phản xạ Bragg trên tinh thể LiNiO3 tại bước sóng 1300nm, công tắc tiếp xúc với tinh thể phải có cấu hình thích hợp sao cho tạo thành các vạch chiết suất thay đổi tuần hoàn theo qui luật nhất định. Cấu hình phù hợp của công tắc tiếp xúc có dạng kiểu răng lược với các cực dương-âm (+/-) đan xen nhau trên một mặt tinh thể LiNiO3 để có thể tạo dãy điện trường nối tiếp nhau trong tinh thể (như hình 2.15). Hướng của điện trường ngoài áp đặt vuông góc với hướng truyền sáng gây ra hiệu ứng thay đổi chiết suất tại các vùng nhỏ dọc theo tinh thể. Điện trường áp đặt phải có dạng xoay chiều và tần số để gây hiệu ứng phản xạ chùm tia tại bước sóng 1300nm vào cơ hàng trăm MHz tùy chuyển mạch cụ thể và biên độ khoảng vài chục Volt.
Hình 2.15: Cách tử phản xạ với các điện cực bố trí hình răng lược
Ví dụ : Một phần tử chuyển mạch dùng cách tử phản xạ Bragg do hãng Anritsu chế tạo có tần số điện trường ngoài áp đặt từ 180MHz – 200MHz, biên độ cỡ 24V hoạt động ở bước sóng 1300nm.
2.6.4 Nhận xét
Trong số các phần tử chuyển mạch quang hiện nay, phần tử chuyển mạch quang trên nền tinh thể Lithum Niobat Oxit (LiNbO3) đang được áp dụng và nghiên cứu rất rộng rãi với cấu hình phổ biến nhất đã được đề cập ở trên. Hiện nay đã chế tạo được chuyển mạch lên tới hơn 100Gbit/s, thời gian chuyển mạch cỡ nanô giây hoặc bé hơn và dễ dàng ghép nối với hệ thống mạng bên ngoài. Có thế nói đây là linh kiện chuyển mạch tối ưu cho các mạng viễn thông cáp quang hiện nay và trong tương lai.
Tổng kết chương II:
Chương II của đồ án đã trình bày chi tiết về cấu trúc, nguyên lý hoạt động và đưa ra nhận xét đối với một số phần tử chuyển mạch trong hệ thống thông tin quang trên cơ sở lý thuyết. Trên cơ sở nắm vững những lý thuyết của các phần tử chuyển mạch đó. Ta sẽ đi đến với cái nhìn cụ thể hơn của các trường chuyển mạch cụ thể của các hãng sản xuất trong thực tế đã được sản xuất và ứng dụng trong thực tế.