III. Linh kiện thu quang (tách sóng quang)
Kỹ thuật khuếch đại quang
5.3.6. Công nghệ laser cho các hệ thống ghép kênh quang tốc độ cao.
Mục đích khai thác triệt để băng tần kênh quang 30THz của sợi dẫn quang đơn mode thông thờng [37] đã thúc đẩy các hệ thống thông tin quang nhanh chóng đạt đợc tốc độ cực nahnh nhờ các giải pháp sử lý tín hiệu quang và công nghệ tạo ra các thành phần quang và quang điện. Các hệ thống sử dụng kỹ thuật ghép kênh quang nh OTDM và OFDM nh đã xet sở trên dòi hỏi các nguồn phát quang laser phải tạo ra các xung hẹp để dáp ứng các hệ thống thông tin quang có tốc độ 10Gbit/s trở lên. Vì vậy phần này giới thiệu một số công nghệ tạo ra các laser có khả năng làm việc ở tốc độ cao và phân lại chúng theo các ứng dụng tiến bộ của kỹ thuật thông tin quang tiên tiến.
5.3.6.1. Kỹ thuật phát xung quang tốc độ cao
Trong các hệ thống thong tin quang tốc độ cao cỡ vài Gbit/s trở lên, nh các hệ thống thông tin quang OTDM, nguồn phát quang phải tạo đợc các xung quang rất hẹp. Các hệ thống ghép kênh quang nh OTDM và OFDM cần phải sử dụng tới các loại laser có khả năng taọ ra các xung pico giây bất biến TL (Transform Limited). Vì vậy, kỹ thuật công nghệ ngày nay đã tiến hành cải tiến các loại laser bằng nhiều phơng pháp trong đó nổi trội là các cải tiến kỹ thuật nh kỹ thuật chặn (khoá) mode trong laser, kỹ thuật chặn mode điều hoà trong laser sợi, kỹ thuật thay đổi hệ số khuếch đại trong laser phản hồi pân tan (DFB-LD) và kỹ thuật chắn sóng CW (Continuous Wave) ở bộ điều biến điện - hấp thụ (EA). Có thể kể đến nh sau:
a. Kỹ thuật chặn mode trong các laser: Đây là một kỹ thuật để tạo ra các xung quang cực ngắn tốc độ lặp lại cao. Kỹ thuật này cho phép tạo ra một loại laser mới có khả năng chạn mode và cho ra các xung quang cực ngắn. Nó có thể
làm việc ở tốc độ rất cao, đó là các xung hoàn toàn bất biến có độ rộng xung ít hơn 1ps, tạo ra các dao động lặp lại từ 40 - 356 GHz. Hiện nay các hệ thống thông tin quang cha đwocj thử nghiệm ở các tốc độ này. Để chặn đợc mode tại tốc độ tơng ứng, ngời ta dùng một laser có hốc cộng hởng dài ghép với một ống dẫn sóng thụ động và sẽ tạo ra đọc phản xạ Bragg. Kết quả của kỹ thuật này tạo ra đợc hốc cộng hởng dài tới 5,5mm và nó có thể làm việc ở 8GHz với cự ly thực nghiệm truyền dẫn Soliton 4000Km. Nhợc điểm của kỹ thuật này là không điều chỉnh đợc tần số lặp.
b) Kỹ thuật chặn mode điều hoà trong Laser sợi: Đây là kỹ thuật đầy hứa hẹn vì nó có thể tạo ra xung TL trong vùng khoảng 10GHz mà không có một sự bù chirp nàohay áp dụng phơng pháp nén xung nào (hiện tơng chirp là sự thay đổi bớc sóng của bức xạ laser sợi er có độ dài khỏng 10m và chặn mode tại các mức điều hoà rất cao. Quá trình cặhn mode gây ra sự bất ổn định, do đó để ổn định thì có một số biện pháp. Biện phá thứ nhất là ghép xen một chốt Fabry - Perot có mức mịn cao vào trong buồng cộng hởng để loại trừ các mode công h- ởng laser không mong muốn. Dải phổ tự do của chốt cần phải cân bằng với tần số chặn mode. Phơng pháp thứ hai là rung độ dài buồng cộng hởng với tốc độ kHz. Điều này làm lụi đi sự cháy các lỗ hổng và dẫn tới tạo ra một mode riêng biệt. Phơng pháp thứ ba là phơng pháp sử dụng buồng cộng hởng đơn phân cực để tạo ra các mode đối cực, các mode này đợc phát sinh khi có sự bất ổn định phân cực. Hình 4.30 mô tả một laser sợi chặn mode có khả năng thay đổi bớc sóng dựa theo nguyên lý trên.
Toàn bộ sợi (kể cả sợi Er đều là các sợi duy trì phân cực đợc gọi là PANDA) cùng với một bộ phân cực có sợi, bộ lọc 3nm có hiểu chỉnh đợc ghép vào để đảm bảo có dao động phân cực đơn và có khả năng hiểu chỉnh đợc ghép vào để đảm bảo có dao động phân cục đơn và có khả năng hiệu chỉnh bớc sóng. Tât scả các thnàh phần tạo thành buồng cộng hởng có ổn định nhiệt trong một lồng tĩnh học +0.3 độ và phù hợp với tần số nhỏ hơn 3 kHz không điều hởng với tần số chặn mode. Theo cấu hình này tạo ra các xung TL từ 3.0 đến 3,5ps ổn định và tích thời gian băng tần là 0,32 tại tần số 20 Ghz mà không có một lỗi bít nào xảy ra. Phơng pháp này cho phép thya đổi bớc sóng 7nm.
c. Kỹ thuật thay đổi khuếch đại trong các laser DFB: Kỹ thuật này có thể tạo ra đợc các xung quang hẹp, qua thực nghiệm ngời ta đã tạo ra đợc hầu hết các xung có độ rộng 5ữ7ps, coi nh gần đạt đợc tới các xung bất biến TL. Phơng pháp này áp dụng một kỹ thuật bù chirp. Nó cho phép điều chỉnh một cách dễ dàng tần số trong khỏng 1ữ10GHz. Sự thay đổi khuếch đại sẽ tạo điều kiện cho
trích lấy thời gian quang v.v.. Trong kỹ thuật này, các xung “chirp” có hệ số khuếch đại thay đổi đợc nén nhờ các sợi tán sắc dịch chuyển, “chirping” còn d không mong muốn ở cả hai sờn xung đợc bộ lọc phổ gạt bỏ. Nhờ kỹ thuật này, ngời ta truyền thành cộng các xung Soliton 80 Gbit/s trên cự ly 80Km. Để làm giảm nữa độ rộng của xung, ngời ta còn áp dụng kỹ thuật nén xung phi tuyến giống nh nén Soliton để thay đổi hệ số khuếch đại.
d. Kỹ thuật chắn sóng bằng bộ điều chế điện - hấp thụ EA: Kỹ thuật này có liên quan tới ongs liên tục CW có ở các bộ điều chế đienẹ - hấp thụ dạng hình sin, nó dựa trên cơ sở phát không tuyến tính của bộ điều chế InGaAsP-EA đối với điện áp cung cấp. Các xung 20ps gần tới mức TL ở tốc độ 10Gbit/s đã thu đ- ợc trên cự ly 6000Km sợi. Tuy nhiên, kỹ thuật khó áp dụng cho các hệ thóng tốc độ trên 40 Gbit/s. Trong phơng pháp này sử dụng kỹ thuật nén xung nhờ sợi quang có tán sắc giảm.
5.3.6.2. Phân loại theo ứng dụng
Nhờ có công nghệ tiên tiến ở trên, một loại các loại laser mới sẽ đợc sử dụng trong các tuyến thông tin quang tốc độ cao, có thể chỉ ra nh sau:
- Đối với mạng LAN quang và các tuyến sử dụng kỹ thuật ghép bớc sóng quang cần thiết có các loại laser có khả năng điều chỉnh bớc sóng. Các laser này cho phép tạo ra các bộ phát quang có hiệu chỉnh có thể phát ra đợc các sóng quang ở bớc sóng khác nhau. Chính các bộ phát quang nhiều bớc sóng này đã góp phần vào các hệ thống ghép bớc sóng quang WDM nhờ tạo đợc ra các bớc sóng tách biệt nhau các khoảng cách xác định trong họ của chúng. Chúng có thể tạo ra các bớc sóng cách nhau ít hơn 8nm. Loại LD này gọi là LD phản xạ Bragg phân tán hai cực, chúng tạo ra đợc 24 tần số riêng rẽ và tập trung ở vùng bớc sóng 1550nm.
- Đối với các tuyến thông tin quang tốc độ rất cao khác, đặc biệt là các tuyến thông tin quang OTDM, cần có các laser tạo ra các xung có độ dài ít hơn độ dài của khe thời gian tín hiệu cho phép. Để đáp ứng yêu cầu này, bốn loại laser sau đây đợc dùng:
1. Laser sợi vòng chặn mode MLFRL (Modelocked Fiber Ring Laser), có thể cho ra các xung Soliton TL (tích số ∂v∂t=0,32), xung phát ra nhỏ hơn 10ps, có tần số lặp 40GHz, giá thành rất đắt.
2. Laser bán dẫn chặn mode SMLL (Semiconductor Modelocked Laser): là loại laser có thể hoạt động tại tần số cộng hởng cơ bản và đạt đợc ít nhất là 20GHz. Các xung quang không đợc thuần phổ (phổ đơn sắc) nh là loại MLFRL (vì ∂v∂t=0,4 đến 0,5). Loại này cũng khó tạo ra đợc các xung dới
10ps. Chúng đợc cấu tạo dới dạng ghép và sử dụng các cách tử phản hồi bên ngoài.
3. Bộ điều chế DFB/điện - hấp thụ EA có cấu tạo theo nguyên lý sử dụng LD chắn sóng CW. Loại này thích hợp với sự phát triển sau này của các hệ htóng ghép kênh quang OTDM, chúng có thể dùng cho hệ thống OTDM ở tốc độ ghép kênh quang OTDM, chúng có thể dùng cho hệ thống OTDM ở tốc độ 20Gb/s với cự ly 11000Km. Loại này cũng phù hợp với các luồng tín hiệu số mã NRZ hoặc RZ.
4. Laser bán dẫn chuyển mạch khuếch đại GSLD (Gain Switched Semiconductor Laser Diode). Cấu trúc của loại này đơn giản vì đợc tạo từ loại DFB, dòng ngỡng dớn hơn các loại trên, phổ rộng (với ∂v∂ >1), phù hợp với hệ thống OTDM ở tốc độ 20Gbit/s cự ly không vợt quá 2000Km.
Mục lục
Trang
Lời nói đầu
Ch
ơng I. Hệ thống thông tin sợi quang 1
I. Hệ thống thông tin sợi quang 1
1. Cấu trúc hệ thống thông tin quang 1
2. Tiến trình phát triển của hệ thống thông tin quang 2
II. Truyền dẫn cơ bản 3
III. Đặc điểm của thông tin quang 4
Ch
ơng II. Lý thuyết chung về sợi quang 6