III. Linh kiện thu quang (tách sóng quang)
Kỹ thuật khuếch đại quang
5.1.1. Nguyên lý cơ bản của ghép bớc sóng quang
Nguyên lý cơ bản của ghép bớc sóng quang có thể minh hoạ nh hình 5.1. Giả sử có các nguồn phát quang làm việc ở các bớc sóng khác nhau λ1. λ2, λ3,
λ4, ... λj, ..., λn. Các tín hiệu quang ở các bớc sóng khách nhau này sẽ đợc ghép vào cùng một sợi dẫn quang. Các tín hiệu có bớc sóng khác nhau đợc ghép lại ở phía phát nhờ bộ ghép kênh; bộ ghép bớc sóng phải đảm bảo có suy hao nhỏ và tín hiệu sau khi đợc ghép sẽ đợc truyền dọc theo sợi để tới phía thu. Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bớc sóng riêng rẽ này sau khi chúng ta qua bộ giải ghép bớc sóng.
Các hai phơng án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng ghép bớc sóng quang WDM nh ở hình 5.2. Phơng án truyền dẫn ghép bớc sóng quang theo một
hớng nh hình 5.2a) là kết hợp các tín hiệu có bớc sóng khác nhau vào sợi quang ở đầu kia. Phơng án truyền dẫn WDM hai hớng nh ở hình 5.2b) thì không qui định phát ở một đầu và thu ở một đầu; điều này có nghĩa là có thể phát thông tin theo một hớng tại các bớc sóng λ1 và đồng thời cũng phát thông tin khác theo h- ớng ngợc lại tại bớc sóng λ2.
Hình 5.1. Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bớc sóng
60
MUX
Hình 5.2. Hệ thống ghép bớc sóng theo một hớng a, và theo hai hớng b)
Để thực hiện một hệ thống WDM theo một hớng, thì cần phải có bộ ghép kênh ở đầu phá để kết hợp với các tín hiệu quang từ các nguồn phát quang khác nhau đa vào một sợi dẫn quang chung. Tại đầu thu, cần phải có bộ giải ghép kênh để thực hiện tách các kênh quang tơng ứng. Nhìn chung, các tín hiệu quang không đợc phát một lợng công suất đáng kể nào ở ngoài độ rộng phổ kênh đã định trớc của chúng, cho nên vấn đề xuyên kênh là không đang lu tâm ở đầu phát. Vấn đề đáng lu tâm ở đây là bộ ghép kênh cần có suy hao thấp để sao cho tín hiệu từ nguồn quang tới đầu ra bộ ghép ít bị suy hao. Đối với bộ giải ghép kênh, vì các bộ tách sóng quang thờng nhạy cảm trên cả một vùng rộng các bớc sóng cho nên nó có thể thu đợc toàn bộ các bớc sóng đợc phát đi. Nh vậy để ngăn chặn các tín hiệu không mong muốn một cách có hiệu quả, phải có biện pháp cách ly tốt các kênh quang. Để thực hiện điều này, cần thiết kế các bộ giải ghép thuật chính xác hoặc sử dụng các bộ lọc quang rất ổn định có bớc sóng cắt chính xác.
Về nguyên lý, bất kỳ một bộ ghép bớc sóng nào cũng có thể dùng làm bộ giải ghép bớc sóng. Nh vậy, hiểu đơn giản, từ “bộ ghép - Multiplexer” trong tr- ơng hợp này thờng đợc sử dụng ở dạng chung để tơng thích caho cả bộ ghép và bộ giải ghép; loại trừ trờng hợp cần thiết phải phân biệt hai thiết bị hoặc hia chức
λ1 λ2 Một sợi Thiết bị WDM Nguồn λ1 Nguồn λ2 Nguồn λN Kênh 1 Kênh 2 Kênh N Thiết bị WDM Thu λ1 Thu λ2 Thu λN Kênh 1 Kênh 2 Kênh N λ1, λ2…λN Nguồn λ1 Nguồn λ2 Kênh vào Kênh ra Thiết bị WDM Một sợi Thiết bị WDM Thu λ2 Nguồn λ1 Kênh ra Kênh vào
năng. Vì vậy rõ ràng rằng, khi các luồng tín hiệu quang đợc giải ghép ở phía thu thì bộ ghép kênh trở thành bộ giải ghép và ngợc lại.
Ngời ta chia loại thiết bị ghép bớc sóng quang thành ba loại; các bộ ghép (MUX), các bộ giải ghép (DEMUX) và các bộ ghép và giải ghép hỗn hợp (MUX-DEMUX). Các bộ MUX và DEMUX đợc dùng cho các phơng án truyền dẫn theo một hớng còn loại thứ ba (MUX-DEMUX) đợc sử dụng cho phơng án truyền dẫn theo hai hớng. Hình 5.3 là sơ đồ miêu tả thiết bị ghải ghép và ghải ghép hồn hợp. Việc mô tả phân tích chính xác thiết bị ghép phải dựa trên ma trận chuyển đổi đối với các phần tr của ma trận là Aị(x). Các phần từ này là các hệ số phụ thuộc vào các bớc sóng, nó biểu thị các tín hiệu quang đi vào cửa thứ i và ra cửa thứ j. Cách tiếp cận phân tích này khá phức tạp khi áp dụng để thiết kế và phân tích các hệ thống WDM.
Hình 5.3. Mô tả thiết bị ghép giải ghép hỗn hợp (MUX-DEMUX)