Bộ thu quang cĩ chức năng nhận tín hiệu quang từ sợi quang, sau đĩ chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện, xử lý và khơi phục dạng tín hiệu điện này.
Nguyên lý hoạt động của bộ thu quang dựa trên hiện tƣợng quang điện [4] tr.133, và đƣợc chia làm hai loại. Loại thứ nhất dựa vào hiện tƣợng quang điện ngồi (các điện tử thốt khỏi bề mặt kim loại bằng cách hấp thụ năng lƣợng từ dịng photon tới). Loại thứ hai hoạt động dựa vào hiệu ứng quang nội (là quá trình tạo ra các hạt mang điện tự do điện tử-lỗ trống từ các mối nối bán dẫn bằng việc hấp thụ năng lƣợng dịng photon tới), photodiode mối nối PN, photodiode PIN, photodiode thác lũ APD hoạt động dựa vào nguyên lý của loại thứ hai [1].
Hình 3. 8 Sơ đồ khối bộ thu quang
SVTH: Nguyễn Thanh Tú – 0620111 Trang 30 bao gồm ba thành phần chính. Trƣớc khi đi vào chi tiết bộ thu quang ta hãy xem xét các thơng số cơ bản dƣới đây khi thiết kế, đánh giá chất lƣợng bộ thu quang.
Hiệu suất lƣợng tử [4] tr.134
Hiệu suất lƣợng tử là tỉ số giữa số điện tử đƣợc tạo ra trên số photon tới [1]:
(3. 6)
Trong đĩ: re tốc độ photon tới, rp tốc độ điện tử đƣợc tạo ra.
Tổng quát thì < 1 vì khơng phải tồn bộ photon tới đều cĩ thể tạo ra đƣợc cặp điện tử-lỗ trống.
Độ đáp ứng (R) [4] tr.134
Độ đáp ứng (Responsivity) R (A/W) đƣợc định nghĩa là tỉ số dịng điện Ip đƣợc sinh ra trên cơng suất photon P0 chiếu tới. Đây là thơng số rất quan trọng:
( ) (3. 7)
Độ nhạy (Sensitivity) [5]
Là mức cơng suất quang nhỏ nhất yêu cầu ở đầu thu sao cho đảm bảo đƣợc một mức chất lƣợng cho trƣớc (SNR hoặc BER). Ví dụ độ nhạy bộ thu quang là S=- 25 dB để đạt BER=10-9 thì cĩ nghĩa là cơng suất quang đến đầu thu phải lớn hơn hoặc bằng -25 dB thì bộ thu mới cĩ thể đảm bảo BER=10-9.
Nhiễu [4]
Trong bộ thu quang, nhiễu thƣờng đƣợc thể hiện dƣới dạng dịng bao gồm các loại nhƣ nhiễu nhiệt, nhiễu lƣợng tử, nhiễu dịng tối vv…
Bộ ghép kênh (channel coupler)
Cũng là một vi thấu kính dùng để hội tụ tín hiệu quang truyền từ sợi quang vào một photodiode [4][3].
SVTH: Nguyễn Thanh Tú – 0620111 Trang 31
Photo-detector
Photo-detector là linh kiện để chuyển năng lƣợng quang thu đƣợc thành tín hiệu điện. Thơng thƣờng một photodetector cĩ thể là một photodiode mối nối PN, photodiode PIN, photodiode thác lũ APD…Trong thực tế, đối với các hệ thống thơng tin quang tốc độ cao, yêu cầu độ nhạy cũng nhƣ độ chính xác cao thì photdiode thác lũ APD đƣợc sự dụng. Nhờ cơ chế “thác lũ” xảy ra trong photodiode APD nên so với photodiode PIN thì nĩ cĩ độ nhạy lớn hơn từ 5 dB đến 15 dB [1], hiệu suất lƣợng tử (hiệu suất biến đổi quang-điện) của APD thƣờng cao hơn các loại photodiode khác nhiều lần, độ đáp ứng của photodiode APD cao hơn photodiode PIN vài trăm lần (0.5 – 0.7 A/W so với 20-80 A/W) [1] [4] tr.142. Tuy nhiên, photodiode APD thì nhiễu thƣờng cao hơn, độ ổn định kém hơn (phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ và điện áp phân cực [1]), và điện áp phân cực cao hơn nhiều lần so với photodiode PIN.
Bộ giải điều chế (Demodulator)
Bộ giải điều chế cĩ chức năng chuyển dịng thu đƣợc từ photodiode thành tín hiệu cĩ dạng giống nhƣ tín hiệu trƣớc khi đi vào bộ điều chế ở bộ phát. Tùy vào dạng điều chế tín hiệu đƣợc truyền trên sợi quang mà bộ giải điều chế đƣợc thiết kế khác nhau. Ví dụ hệ thống sử dụng dạng điều chế cƣờng độ IM (Intensity Modulator) nhƣ NRZ-OOK thì theo sau photo-diode là một bộ khuếch đại điện, đối với điều chế pha nhƣ PSK thì phải chuyển về IM trƣớc khi đƣa vào photo-diode [3].