III. Linh kiện thu quang (tách sóng quang)
Kỹ thuật khuếch đại quang
4.3.3. Giải ghép và xen rẽ kênh
Khi xem xét các hệ thống OTDM và các hệ thống thông tin quang vó ghép kênh TDM, ngời ta thấy có sự khác nhau chủ yếu ở đây là việc ghép và giải ghép trong vùng thời gian quang, mà nó đợc thể hiện nh là một chức năng tích cực. Thực hiện việc giải ghép trong hệ thống OTDM điểm nối điểm ở phía thu chính là việc tách hoàn toàn các kênh quang. Tuy nhiên khi xem xét trên cục diện mạng OTDM thì lại phải xem xét cả khả năng xen và rẽ kênh từ luồng truyền dẫn. Đối với bộ giải ghép kênh, cần phải xem xét các tham số cơ bản về tách kênh, kể cả tỷ số phân biệt quang, suy hao xen và mặt cắt cửa sổ chuyển mạch có thể đạt đợc. Đối với các nút xen và rẽ kênh thì phải đánh giá cả hiệu suất chuyển mạch, đo đạc phần công suất đợc lấy ra từ kênh tơng ứng. ở đây tỷ số phân biệt rõ ràng là có ảnh hởng tới mức độ xuyên kênh. (tỷ số phân biệt EX = 10log10(A/B), với A là mức công suất quang trung bình ở mức logic 1 và B là mức công suất quang trung bình ở mức O [41]. Ngoài ra, xuyên kênh cũng sẽ bị tăng do có sự phủ chờm giữa các kênh lân cận với nhau tạo thành cửa sổ chuyển mạch. Kết quả là độ rộng của cửa sổ chuyển mạch sẽ có ảnh hởng trực tiếp đến tốc độ đờng truyền. Nh vậy phải đặt ra các yêu cầu về độ rộng xung tín hiệu sau khi truyền dẫn để giảm nhỏ xuyên kênh.
Có nhiều sơ đồ giải ghép, nhng chung quy lại thì có hai loại chính là loại điều khiển điện và điều khiển quang. Bảng 5-1 là tóm tắt các phơng pháp giải ghép. Thời gian đầu, các thực nghiệm cơ bản tập trung vào hớng sử dụng các bộ điều chế Mach-Zehnder Lithium niobate, nó cho phép khai thác chức năng đáp ứng hình sin để giải ghép bốn lần tốc độ tín hiệu cơ bản. Trong các thực nghiệm gần đây, ngời ta lại chú trọng đến việc ứng dụng các công nghệ sử lý quang hoàn toàn cho giải ghép. Trong quá trình tiếp cận với các công nghệ quang tiên tiến này, ngời ta thấy có những đặc tính sau:
- Cho phép thoả mãn về các mức độ giải ghép kênh.
- Lấy đợc kênh, truy nhập tới các kênh đang truyền để thực hiện việc
xen và rẽ kênh.
- Các cửa sổ chuyển mạch đa ra đợc các u điểm đặc biệt cho các hệ
thống OTDM. Điều này cho phép sử dụng các xung tín hiệu rộng hơn trớc khi các kênh kề nhau gây ra xuyên kênh.
Hình 5.22 là sơ đồ nguyên lý của DEMUX Kerr quang [36]. Trớc hết ta hiểu hiệu ứng cơ quang là hiệu ứng mà trong đó đặc tính phân cực của sợi quang
phụ thuộc vào sự đồng nhất theo hình trụ của chỉ số chiết suất. ảnh hởng của hiện tợng phi tuyến lên sự đồng nhất này và các hiệu ứng truyền dẫn xảy ra sau đó thờng đợc gọi chung là hiệu ứng Kerr. Trong sơ đồ hình 5.22 này thành phần phân cực của các tín hiệu ánh sáng đợc chuyển mạch 90 độ nhờ các tín hiệu điêù khiển quang. Hớng phân cực đợc quay đi một góc 900 khi có lệch pha giữa các thành phần x và y của tín hiệu bị thay đổi từ 00 đến 1800. Sự lệch pha các tín hiệu sau khi truyền qua môi trờng thiết bị Kerr có độ dài trung bình sẽ đợc ghép nhờ sự khác nhau về chỉ số chiết suất của nó giữa có trục x và y. Do sử dụng hiệu ứng Kerr mà cờng độ quang liên tục đã tạo ra sự thay đổi chỉ số chiết suất, chỉ có thành phần phân cực tín hiệu đợc các tín hiệu điểu khiển có cờng độ lớn chông lên là có thể bị chuyển mạch đi 900. Các ánh sáng phân cực trực giao sẽ đợc tách bằng bộ chia phân cực, lúc này chùm xung tín hiệu đã đợc ghép sẽ đợc giải ghép thành các tín hiệu có tốc độ thấp hơn ứng với chùm xung điều khiển.
Bảng 5.1. Tóm tắt các phơng pháp giải ghép kênh OTDM. Loại chuyển
mạch điểu khiểnTìn hiệu
Các đặc tính và cửa sổ chuyển mạch nhỏ nhất Loại chuyển mạch Tín hiệu điểu khiển Các đặc tính và cửa sổ chuyển mạch nhỏ nhất Bộ điều chế Niobate ghép tăng Sóng điện
hình sin 40>10Gbits cửa sổ 19ps Tròn sóng: sợi quangXung 100>6,25Gbit/s Bộ điều khiển
băng rộng Sóng điện 2 tần số Sóng điện 2 tần số Gơng vòng: sợi quangXung
40>20Gbit/s 100>6,25 Gbit/s cửa sổ 6ps Rẽ và xen kênh 40Gbit/s
x 10Gbit/s Bộ điều biến
điện-hấp thụ Sống điện hình sin Sóng điện hình sin Tròn sóng: bán dẫn quangXung 20>5Gbit/s Quang Kerr: sợi quangXung quangXung Quang Kerr: bán dẫn quangXung 20>10Gbit/s
Gơng vòng
bán dẫn quangXung
40>10Gbit/s 250>1Gbit/s cửa sổ
4ps Hình 4.22. Nguyên lý của bộ giải ghép thời gian (DEMUX)
Để tạo ra bộ giải ghép quang sử dụng thiết bị Kerr quang, các thiết kế phải có cải tiến phù hợp, trạng thái phân cực phải ổn định. Ngoài ra các kỹ thuật mới về công nghệ laser nh phát các xung cực nhanh, phát các xung điều khiển đồng bộ và khuếch đại phải đợc quan tâm rất nhiều.
Hình 5.23. minh hoạ một phơng pháp thực hiện một nút mạng có xen và rẽ kênh sử dụng gơng vòng phi tuyến [33]. Tín hiệu đến đợc bộ chia 3dB chia ra giữa các nhánh của gơng vòng. Sau khi lan truyền vòng quanh vài kilomet sợi trong vòng, hai chuỗi xung rẽ giao thoa, tái hợp và đợc phản xạ từ gơng vòng dới các điều kiện tong thích. Chu trình hoạt động này cơ bản là thụ động và tuyến tính. Tuy nhiên nếu có chuỗi các xung clock công suất cao hơn đợc đa vào vòng mà trung hợp với tín hiệu số nhng chỉ lan truyền theo một hớng, thì các xung clock sẽ biến đổi chỉ số chiết suất của lõi sợi thông qua hiệu ứng Kerr. Việc điều chế ngang pha vừa đủ đã cho có thể có ở trên các xung tín hiệu để tạo ra các xung trùng hợp đợc chuyển mạch sang phía đối diện của gơng vòng. Kết quả là, tín hiệu cần thiết lấy ra ở nút đợc thiết bị phản xạ, trong khi đó các kênh còn lại sẽ đi qua và tái hợp tại chỗ với tín hiệu đợc phát cho hớng truyền dẫn phía trớc. Cửa sổ chuyển mạch của thiết bị đợc xác định không chỉ bằng dạng của các xung điều khiển, mà còn bằng các vận tốc tơng đổi của các tín hiệu. Do có sự sắp xếp các bớc sóng xung tín hiệu và xung điều khiển một cách đối xứng ở cả hai phía của tán sắc sợi bằng không, mà cửa sổ chuyển mạch tối thiểu sẽ thu đợc từ các xung tín hiệu và điều khiển là tơng hợp về vận tốc. Khi thay đổi vận tốc tơng đối sẽ đạt đợc các cửa sổ chuyển mạch phẳng đỉnh. Thiết bị sẽ chuyển mạch các xung tín hiệu miễn là chúng cùng lan truyền với các xung điều khiển qua phần g- ơng vòng.
Các gơng vòng phi tuyến (NOLM - Nonlinear Lôp Mirror) cũng có thể đ- ợc cấu trúc từ thiết bị laser bán dẫn thay cho sợi trong một số trờng hợp. Nhợc điểm chủ yếu của NOLM là đo độ dài của sợi (thờng tới 10km), mà cần lựa chọn cẩn thận tán sắc bằng không và bớc sóng tín hiệu điều khiển để đạt đợc cửa sổ chuyển mạch hợp lý.
Nhiều bộ giải ghép kênh quang đợc biến đổi thành các thiết bị có chức năng xen và rẽ kênh bằng cách thêm coupler 3dB tại đầu ra của chuyển mạch quang đợc dùng để rẽ một hoặc vài kênh. Tuy nhiên, phải lu ý tới việc đồng bộ phù hợp giữa kênh đợc xen và các kênh đi thẳng qua nút rẽ để hạn chế xuyên kênh.