1 2.2 Suyhao do tán xạ
2.2.Bộ thu quang dùng cho hệ thống quang 40Gbit/s
tin quang. Sở dĩ như vậy vì bộ phận này là nơi thu nhận mọi ựặc tắnh tác ựộng trên toàn tuyến ựưa tới, hoạt ựộng của nó có ảnh hưởng quan trọng tới chất lượng của toàn bộ hệ thống truyền dẫn. Chức năng chắnh của bộ thu quang là biến ựổi tắn hiệu quang thu ựược thành tắn hiệu ựiện. Bộ thu quang cần phải có ựộ nhạy thu cao, ựáp ứng nhanh, nhiễu thấp, giá thành hạ và ựộ tin cậy cao.
Yêu cầu xây dựng các tuyến thông tin cao ựòi hỏi các thiết bị thu phải có ựộ nhạy thu cao và nhiễu rất thấp nhằm ựáp ứng cho các tốc ựộ cao này. Vì thế công nghệ mạch tắch hợp ựược ựặt ra cho các thiết bị thu quang. Hiện nay các thiết bị có công nghệ cao này ựã ựược thương mại khá phổ biến trên các hệ thống thực tế. Trong các thiết bị thu quang, ngoại trừ photodiode thì tất cả các thành phần thiết bị ựều là các thành phần ựiện chuẩn. Các thành phần này ựều có thể dễ dàng ựược tổ hợp trên cùng một chắp (hay mạch) bằng cách sử dụng công nghệ mạch tổ hợp IC (Integrated circuit) ựã ựược phát triển cho các thiết bị vi mạch. Gần ựây những cố gắng ựáng kể ựã hướng trọng tâm vào việc phát triển các thiết bị thu quang ựơn khối nhằm tổ hợp toàn bộ các phần tử bao gồm cả bộ tách sóng quang trên cùng một chắp nhờ việc áp dụng công nghệ OEIC (Optoelectronic Integrated circuit). Việc tổ hợp toàn bộ thiết bị như vậy là tương ựối dễ với bộ thu GaAs, và công nghệ phắa sau OEIC dựa trên GaAs là hoàn toàn tiên tiến. đối với các hệ thống thông tin quang hoạt ựộng tại vùng bước sóng 1,3 ựến 1,6 âm thì cần phải có các bộ thu OEIC dựa trên InP. Vì công nghệ IC ựối với GaAs ựã thành thục hơn nhiều ựối với InP cho nên ựôi khi người ta thực hiện áp dụng cho bộ thu với công nghệ InGaAs. Công nghệ này ựược gọi là công nghệ OEIC flip- chip, trong ựó các thành phần ựiện ựược tổ hợp trên chắp GaAs, ngược lại photodiode ựược làm trên ựỉnh của chắp InP. Rồi sau ựó hai chắp ựược ghép nối với nhau bằng cách ựặt nhẹ chắp InP lên trên chắp GaAs. Tắnh tiên tiến của công nghệ này là photodiode và các thành phần của bộ thu có thể ựược làm tối ưu một cách ựộc lập trong khi vẫn giữ ựược tắnh chất kắ sinh (như ựiện dung ựầu vào chẳng hạn).
Công nghệ IC dựa trên InP ựã ựược phát triển ựáng kể nhằm ựể tạo ra các bộ thu OEIC trên nền InGaAs. Một cách tiếp cận công nghệ khác là việc tổ hợp photodiode pin với FET hoặc các transistor có ựộ linh ựộng ựiện tử cao HEMT (Hình electron mobility transistor) giáp với trên nền InP.
quang là một bộ phận khó thiết kế nhất, ựặc biệt trong hệ thống thông tin quang tốc ựộ bit cao và cự ly dài, bởi vì ựộ nhạy của các hệ thống này thường là bị giới hạn từ ựặc tắnh của mạch front-end ựòi hỏi một sự hài hoà giữa tốc ựộ bộ và ựộ nhạy thu. Front- end bộ thu thường ựược phân cấp thành Hybrit IC (HIC), Microwave Monolithic IC (MMIC), và Optoelectronic (OEIC) bằng cách kết hợp bộ tách sóng quang và tiền khuếch ựại với nhau. đối với hệ thống thông tin sợi quang nhiều Gb/s, HIC có thể ựược sử dụng. Tuy nhiên, các ựặc tắnh mâu thuẫn của từng thành phần thụ ựộng tắch cực riêng rẽ có vi hiệu chỉnh ựể ựạt ựược ựộ nhạy cao nhất của nó. đây cũng là ựiểm yếu và hạn chế ựối với các phần tử kắ sinh. Vì vậy, hiện nay các thiết kế MMIC và OEIC là thắch hợp cho hệ thống tin cậy.
đối với mạng thông tin quang tốc ựộ 40Gb/s bộ thu quang bao gồm: một bộ tiền khuếch ựại, một photodiode có cấu trúc ựặc biệt với công suất cao, một ựế InP ựơn khối ựược tổ hợp trong mạch tắch hợp quang ựiện OEICs (optoelectronic integrated circuits). OEICs ựược kết hợp các chức năng như tách sóng, khuếch ựại và dẫn sóng. OEICs sử dụng chất nền bán dẫn và lớp dẫn sóng quang bán dẫn.
Cấu trúc 1 bộ thu quang tổ hợp OEICs ựược mô tả như hình sau:
Hình 2.6. Cấu trúc bộ thu quang tổ hợp OEICs
Sự tắch hợp bộ tách sóng ựược thực hiện bằng cách hình thành lớp MOVPE lên trên lớp dẫn sóng và lớp photodiode tắch cực. Mạch tắch hợp sẽ hoạt ựộng tốt khi ựược tắch hợp bộ tách sóng kép, vắ dụ như bộ tách sóng TWIN, hạn chế tắch hợp bộ tách sóng ựơn. Bước tiếp theo là tắch hợp bộ khuếch ựại ựiện, trên lớp ựáy InP còn có thêm lớp khuếch ựại sóng chạy HEMT. OEICs ựược chế tạo trong 2 bước, lớp MOVPE/MBE
enpitaxy tiếp xúc ựể ổn dẫn sóng kết hợp với photodiode và lớp HEMT, cho phép tối ưu sự ựộc lập của từng thiết bị. Tất cả các thiết bị ựược tắch hợp trên bề mặt của lớp nền bao gồm ba lớp dẫn quang gắn vào bên trong InP và một lớp dẫn sóng dầy phủ bên trên. Photodiode kép ựược hình thành trên bề mặt khối trên.
Sau khi photodiode ựược hàn vào khối trên, suy giảm MBE ựược sử dụng ựể hình thành lớp AlInAs/GaInAs HEMT. Tất cả các thiết bị ựều ựược bảo vệ tốt bởi 1 chất ựiện môi ựược pha tạp sắt. HEMT và photodiode ựều ựược kết hợp bằng phương pháp khắc hoá học khô DCE (Dry Chemical Etching). Xử lý MMIC tiếp theo bao gồm việc tạo ra ựiện trở Nicr, tụ ựiện và kết nối kim loại với nhau. Tụ ựiện MIM và màng ựiện trở kim loại ựược coi như thiết bị thụ ựộng dùng ựể khuếch ựại và ựịnh thiên trong photodiode.
Có hai loại bộ tách sóng ựem lại nhiều lợi ắch nhất là bộ tách sóng Twin và bộ tách sóng Balance.
CHƯƠNG 3
KHUẾCH đẠI QUANG SỢI EDFA DÙNG
TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC đỘ CAO
Mặc dầu việc sử dụng con ựất hiếm làm môi trường khuếch ựại cho khuếch ựại quang ựã ựược lưu y từ rất sớm (1964), EDFA vẫn chưa ựược thực hiện cho ựến khi người ta chế tạo ựược sợi quang pha tạp tổn hao thấp. EDFA hứa hẹn tạo ra một cuộc cách mạng trong công nghệ truyền dẫn tắn hiệu quang, với giá thành thấp, trong khi có thể tăng cường ựược khả năng và ựộ tin cậy của mạng. Với hệ số khuếch ựại cao (G>40dB) công suất lớn (P>100mW) và khả năng nhiễu gần như lắ tưởng của hệ thống quang có sử dụng EDFA mà hoạt ở cửa sổ truyền dẫn 1550nm có tắnh năng vượt trội hơn so với các công nghệ khuếch ựại trước ựó. EDFA có khả năng sử dụng kết hợp với sợi quang, không nhạy với hiệu ứng phân cực, loại trừ ựược nhiễu xuyên âm giữa các kênh và khuếch ựại ựược các tắn hiệu có bước sóng khác nhau. Chắnh nhờ những ưu ựiểm này mà EDFA ựã ựược phát triển một cách nhanh chóng. EDFA có thể sử dụng làm một bộ khuếch ựại công suất ựể tăng công suất truyền dẫn, làm trạm lặp quang ựể bù tắn hiệu yếu và làm các bộ tiền khuếch ựại quang ựể tăng ựộ nhạy máy thu. Từ những thành công này, người ta ựã sử dụng nó làm một trạm lặp thế hệ mới trong các hệ thống truyền dẫn sợi quang xuyên ngầm dưới biển. điều ựó ựã chứng minh lợi ắch và khả năng của EDFA trong các hệ thống truyền dẫn sợi quang trong tương lai.