Tương tự như cỏc bộ khuếch đại khỏc, SOA được sử dụng để khuếch đại tớn hiệu quang trong cỏc hệ thống thụng tin quang, đặc biệt là trong hệ truyền dẫn đa kờnh. Nú cú thể được dựng để thay thế cỏc bộ lặp lại trờn đường truyền, đặt trước cỏc đầu thu quang để làm bộ tiền khuếch đại, dựng làm bộ khuếch đại cụng suất,... Ngoài ra SOA cũn được sử dụng với một số ứng dụng chức năng của nú như: bộ chuyển mạch quang, đảo tần số, hay cỏc hiệu ứng phi tuyến [3].
1.3.1 SOA với chức năng là một bộ khuếch đại
a. SOA được dựng để thay thế cỏc bộ lặp lại
Thụng thường, cỏc bộ lặp lại in-line trong cỏc hệ thống thụng tin quang sợi là bộ phục hồi (tớn hiệu được khuếch đại tại lối ra của bộ lặp lại). Quỏ trỡnh này phải tỏch cỏc kờnh ra riờng biệt trước khi mỗi kờnh được phục hồi bằng một bộ phỏt và một bộ thu riờng biệt. Cỏc bộ lặp lại này khụng chỉ đắt mà cũn bị mất mỏt do lố i vào của cỏc đầu thu cú độ nhạy kộm. Đặc biệt, với một hệ WDM, đi vào bộ lặp lại bao gồm tớn hiệu của một vài bước súng (cỏc kờnh) khỏc nhau. Do đú, mỗi kờnh cần một đường “đầu thu - bộ khuếch đại điện - đầu phỏt” riờng biệt, kết quả là cần một mảng cỏc thiết bị giống như cỏc mạch điện phức tạp.
Cỏc bộ khuếch đại quang bỏn dẫn SOA cú thể được sử dụng để thay thế cỏc bộ lặp lại này (hỡnh 1.17). Cỏc SOA sẽ khuếch đại trực tiếp cỏc tớn hiệu quang yếu mà khụng cần bất kỳ một quỏ trỡnh hồi phục nào. Khi đú, cỏc bộ khuếch đại quang bỏn dẫn được coi như là cỏc bộ lặp lại khụng hồi phục và nú cũn được gọi là in-line- amplifier (bộ khuếch đại trờn tuyến). Đối với bộ khuếch đại SOA cú độ rộng dải rộng (> 4000GHz) thỡ cú thể khuếch đại đồng thời nhiều kờnh trong cỏc hệ WDM [3]. Hơn nữa, do quỏ trỡnh khuếch đại khụng phụ thuộc vào chiều truyền trong SOA nờn SOA cũng cú thể được sử dụng như cỏc bộ lặp lại in-line trong hệ WDM hoạt động 2 chiều.
SOA
Sợi quang SOA Sợi quang
Hỡnh 1.17. Sơ đồ cỏc bộ khuếch đại SOA trờn tuyến
b. SOA được dựng làm bộ tiền khuếch đại trước đầu thu quang
Trong cỏc hệ thống thụng tin quang, cỏc đầu thu phải tỏch cỏc tớn hiệu quang được truyền dọc theo sợi và chuyển chỳng lại thành cỏc tớn hiệu điện. Khi đặt cỏc bộ khuếch đại quang trước đầu thu quang, tớn hiệu và tạp õm tương ứng tăng lờn trờn mức tạp õm bộ thu. Vỡ vậy, tỷ lệ tớn hiệu trờn tạp õm SNR chủ yếu do bộ khuếch đại quang quyết định. Khi sử dụng cỏc bộ khuếch đại quang bỏn dẫn, nú cú ưu điểm là làm giảm ảnh hưởng của tạp õm bộ thu và do vậy, tăng độ nhạy của đầu thu. Khuếch đại như vậy được gọi là tiền khuếch đại (hỡnh 1.18).
c. SOA được dựng để khuếch đại cụng suất
Cỏc bộ khuếch đại quang bỏn dẫn SOA cũn được sử dụng để tăng cụng suất quang bằng việc đặt ngay sau nguồn tớn hiệu phỏt. Khi đú, SOA được gọi là khuếch đại cụng suất (hỡnh 1.19).
SOA PD
Bộ lọc
Sợi quang
Hỡnh 1.18. SOA được sử dụng làm bộ tiền khuếch đại
Isolator
SOA PD
Sợi quang Sợi quang
Nguồn phỏt quang
1.3.2 Cỏc ứng dụng chức năng của SOA
Thụng tin quang sợi đang ngày một phỏt triển theo hướng tăng tốc độ và khoảng cỏch truyền dẫn. Trong cỏc hệ thống thụng tin quang tốc độ cao, chuyển mạch là linh kiện ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ truyền dẫn. Chuyển mạch quang cỳ nhiều ưu điểm hơn chuyển mạch điện như tốc độ chuyển mạch cao, gọn nhẹ hơn,... Khuếch đại laser bỏn dẫn sỳng chạy (SOA) ngoài ứng dụng làm khuếch đại hiện nay được dựng chủ yếu cho cỏc ứng dụng chức năng như chuyển mạch quang, biến điệu quang, biến đổi bước sỳng, cổng logic,...
a. Chuyền mạch quang học SOA
Chuyển mạch quang học trờn cơ sở khuếch đại quang bỏn dẫn cú khảt năng ứng dụng tốt trong cỏc hệ thụng tin quang tốc độ cao. Cấu hỡnh đơn giản nhất của một chuyển mạch quang học trờn cơ sở SOA được thể hiện trờn hỡnh 1.20. Trong trường hợp này, tỡnh trạng đúng ngắt được điều khiển bởi dũng bơm của SOA. Xung dũng gừy nờn sự khuếch đại và làm cho SOA trở nờn trong suốt đối với tớn hiệu lối vào. Thời gian đúng ngắt giới hạn được xỏc định bởi thời gian sống của hạt tải. Như vậy thời gian đúng ngắt cú thể đạt tới cỡ ns. Chuyển mạch quang SOA cú ưu điểm là tốc độ chuyển mạch cao, tỉ lệ on/off cao, và khụng làm biến đổi dạng xung. Dũng điện điều khiển Thời gian Thời gian SOA Thời gian
c.Hiệu ứng trộn bốn bước súng
Hiệu ứng trộn bốn bước súng (FWM-Four Wave Mixing) là hiệu ứng phi tuyến kết hợp xảy ra trong SOA khi cú hai trường quang học: nguồn bơm mạnh ở tần số gúc 0 và tớn hiệu yếu ở tần số gúc 0-, và cú cựng sự phõn cực. Khi hai trường này được bơm vào miền tớch cực của SOA sẽ làm xuất hiện một tần số mới
0+. Hiện tượng FWM xuất hiện do nhiều hiện tượng vật lý khỏc nhau. Việc khảo sỏt cụ thể về lý thuyết là rất phức tạp. Trong bản luận văn này chỳng tụi chỉ dừng lại ở mức khảo sỏt hiệu ứng ban đầu của hiện tượng này. Tuy nhiờn những ứng dụng của nú trong tương lai để chế tạo bộ chuyển đổi bước súng, bự trừ tỏn sắc, ... sẽ rất quan trọng [13].
Hỡnh 1.20. Chuyển mạch SOA điều khiển bằng dũng điện
SOA đ- đ đ+ Tớn hiệu Nguồn bơm mạnh Tớn hiệu Tớn hiệu kết hợp Tần số bơm đ- đ
Hỡnh 1.21. Hiệu ứng trộn bốn bước súng trong SOA SOA đ- đ đ+ Tớn hiệu Nguồn bơm mạnh Tớn hiệu Tớn hiệu kết hợp Tần số bơm đ- đ
Hỡnh 1.21. Hiệu ứng trộn bốn bước súng trong SOA
35
Chương II:
KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
2.1 Kỹ thuật chế tạo module khuếch đại quang bỏn dẫn dựa trờn chip khuếch đại miền tớch cực nghiờng gúc 70
Phỏt triển trờn cơ sở cụng nghệ chế tạo module laser, tại phũng thớ nghiệm Laser bỏn dẫn, đó nghiờn cứu thành cụng cụng nghệ chế tạo khuếch đại quang bỏn dẫn. Việc chế tạo module khuếch đại quang bỏn dẫn đũi hỏi cụng nghệ phức tạp hơn nhiều do phải ghộp sợi quang với hai mặt miền tớch cực. Trong mục này chỳng tụi mụ tả lại toàn bộ quỏ trỡnh hàn gắn chip khuếch đại lờn đế, tạo vi thấu kớnh trờn đầu sợi quang và kỹ thuật ghộp nối sợi quang với hai mặt của miền tớch cực.