tần số khác thuộc phạm vi của kênh quang khác gây ra xun âm. Lúc đó có kênh thì mất hồn tồn tín hiệu do tần số bị lệch khỏi băng thu của kênh đó, có kênh thì bị xun nhiểu từ kênh khác và cũng không đảm bảo chất lượng. Trong trường hợp toàn bộ số kênh của hệ thống mất ổn định thì hệ thống sẽ mất hồn tồn thơng tin hoạc là thu được thơng tin khơng chính xác.
Yêu cầu với phổ phát xạ
Độ rộng đường phổ hay độ rộng phổ của nguồn quang tính cho bước cắt 3dB. Để có thể tăng thêm nhiều kênh trên một dải tần cho trước, cộng với yêu cầu khoảng cách các kênh nhỏ cho nên độ rộng đường phổ càng hẹp càng tốt, nếu độ rộng đường phổ lớn thì xuyên nhiểu kênh lân cận (ICI) xảy ra khiến lỗi bít tăng cao, hệ thống khơng đảm bảo chất lượng. Muốn đạt được điều này nguồn phát laser phải là nguồn đơn mode.
Nhiểu
Khi ánh sáng từ nguồn phát kết hợp dùng laser được phát vào sợi quang đa mode, sẽ có một số các mode lan truyền của sợi được kích thích. Vì ánh sáng lan truyền dọc sợi cho nên suy hao phụ thuộc mode, thay đổi pha giữa các mode, và sự bất ổn định về phân bố năng lượng trong các mode khác nhau sẽ làm thay đổi nhiểu mode. Các nguồn phát băng hẹp có tính kết hợp cao, như các laser đơn mode gây ra nhiểu mode lớn hơn các nguồn phát băng rộng. Các nguồn phát không kết hợp như LED không gây ra nhiểu mode.
Nhiểu phản xạ có liên quan đến méo tuyến tính ở đầu ra điốt laser, gây ra do một lượng ánh sáng bị phản xạ trở lại tại các điểm nối sợi và đi vào hốc cộng hưởng. Công suất phản xạ này ghép với các mode phát của laser làm cho pha của các mode phát bị thay đổi. Điều này làm nảy sinh phổ nhiểu điều biến có chu kỳ, ở phía tần số thấp. Tần số cơ bản của nhiểu được xác định nhờ trễ khứ hồi của ánh sáng từ laser tới điểm phản xạ và ngược lại. Để giảm nhiểu phản xạ thông thường phải lắp thêm bộ cách ly quang giữa điốt laser với sợi quang, hoặc sử dụng các loại chất lỏng có tác dụng dung hịa chỉ số chiết suất tại các khe hở gây ra điểm ghép nối sợi – sợi để loại trừ các phản xạ do tiếp giáp sợi - khơng khí. Trong hệ thống WDM thì nhiểu thấp rất quan trọng để đạt được mức BER thấp trong truyền thông số, đảm bảo chất
Yêu cầu với dòng ngưỡng
Đối với laser, phát xạ kích thích khơng thể bắt đầu cho đến khi dịng định
thiên cao hơn giá trị dịng ngưỡng Ith, cơng suất đầu ra tỷ lệ với (I -Ith) với I là dịng định thiên. Do đó, dịng ngưỡng thấp hơn cho phép dịng định thiên nhỏ hơn đối với công suất đầu ra. Nhưng quan trọng hơn là nếu dịng ngưỡng thấp sẽ đảm bảo cơng suất nền thấp. Điều này làm giảm bớt vấn đề lãng phí cơng suất trong việc kích thích laser cũng như giảm bớt được công suất nền không mang tin và tránh cho máy thu chịu ảnh hưởng của nhiểu nền (phát sinh do có cơng suất nền lớn). Nếu cơng suất nền gửi trên đường truyền quá lớn sẽ khơng có lợi cho hệ thống vì cơng suất quang truyền dẫn trên sợi (tổng cơng suất của các bước sóng ghép) càng lớn thì ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến càng lớn do đó sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của hệ thống.
2.2 Điốt phát quang LED
LED là loại điốt có khả năng phát ra ánh sáng hoặc tia hồng ngoại, tử ngoại. Giống như điốt thông thường , LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại N và một khối bán dẫn loại P. LED ứng dụng phù hợp cho các hệ thống thống thơng tin quang có tốc độ bít khơng q 200 Mbit/s sử dụng sợi quang đa mode .
2.2.1Cấu trúc
Để sử dụng tốt trong các hệ thống thơng tin quang thì LED phải có cơng suất bức xạ cao, thời gian đáp ứng nhanh và hiệu suất lượng tử cao. Công suất bức xạ là công suất quang phát xạ theo góc trên một đơn vị diện tích của bề mặt phát xa và có đơn vị tính là Watt. LED có hai kiểu cấu trúc được sử dụng rộng rãi đó là: Cấu trúc tiếp giáp thuần nhất và cấu trúc tiếp giáp dị thể kép (không thuần nhất). Tuy nhiên trong hai cấu trúc đó thì cấu trúc dị thể kép là được sử sụng nhiều hơn cả nhờ những đặc tính quan trọng của nó. Cấu trúc dị thể kép được mơ tả như hình 2.2 dưới đây.
Eg Tái hợp điện tử và lỗ trống hf Dịng lỗ trống Dịng điện tử Năng lượng điện tử Vùng tích cực Chỉ số chiết suất a) b)
Với cấu trúc dị thể ta cũng có hai loại LED đó là cấu trúc phát xạ mặt và cấu trúc phát xạ cạnh.
Cấu trúc LED phát xạ mặt
LED phát xạ mặt có mặt phẳng của vùng phát ra ánh sáng vng góc với trục của sợi dẫn quang (hình 2.3a). Vùng tích cực thường có dạng phiến trịn, đường kính khoảng 50μm và độ dày khoảng 25μm. Mẫu phát chủ yếu là đẳng hướng với độ rộng
chùm phát khoảng 1200. Mẫu phát đẳng hướng này gọi là mẫu Lambertian. Khi quan
sát từ bất kỳ hướng nào thì độ rộng nguồn phát cũng ngang bằng nhau nhưng công suất lại giảm theo hàm cosβ với β là góc hợp giữa hướng quan sát với pháp tuyến của bề mặt. Công suất giảm 50% so với đỉnh khi β =60.
Cấu trúc LED phát xạ cạnh
LED phát xạ cạnh có cấu trúc gồm một vùng tiếp giáp tích cực có vai trị là nguồn phát ánh sáng khơng kết hợp, và hai lớp dẫn đều có chiết suất thấp hơn chỉ số chiết suất của vùng tích cực nhưng lại cao hơn chiết suất của các vùng vật liệu bao quanh (hình 2.3b). Cấu trúc này hình thành một kênh dẫn sóng để hướng sự phát xạ về phía lõi sợi. Để tương hợp được với lõi sợi dẫn quang có đường kính nhỏ (cỡ 50- 100μm), các dải tiếp xúc đối với LED phát xạ cạnh phải rộng từ 50μm đến 70μm. Độ dài của các vùng tích cực thường là từ 100μm đến 150μm. Mẫu phát xạ cạnh có định hướng tốt hơn so với LED phát xạ mặt.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động
LED hoạt động dựa vào hiệu ứng phát sáng khi có hiện tượng tái hợp điện tử vào lỗ trống ở vùng tiếp giáp P-N. Tức là khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). Ở vùng tiếp giáp P-N một số điện tử bị lỗ trống hút và khi chúng tiến lại gần nhau chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hịa .Và q trình này giải phóng ánh sáng dưới dạng các photon. Với cấu trúc dị thể kép cả hai loại hạt dẫn và trường ánh sáng được giam giữ tại trung tâm lớp tích cực như ở hình 2.2. Sự khác nhau về độ rộng vùng cấm của các lớp kề cận đã giam giữ các hạt điện tích ở bên trong lớp tích cực. Đồng thời, sự khác nhau về chiết suất của các lớp kề cận này đã giam giữ trường quang và các hạt dẫn này làm tăng độ bức xạ và hiệu suất cao.
34 Chất nền Chất nền Tỏa nhiệt Kim loại Lớp dẫn ánh sáng Giải tiếp xúc Miền hoạt tính SiO2 Ánh sáng phát ra Sợi quang Phiến chịu nhiệt
SiO2 SiO 2 Các lớp tiếp giáp Giếng khắc hình trịn Vật liệu bao phủ Điện cực Lớp cấu trúc dị thể kép