3.9.1. Giới thiệu chung
Các mạng truyền thông sợi quang dung lượng lớn trong tương lai dựa trên các
hệ thố và ghép kênh phân chia theo bước
sóng đòi hỏi các bộ ghép kênh xen rẽ tốc độ cao. Vì vậy điện tử học gặp những trở ngại về mặt tốc độ cao, các thiết bị điều khiển quang học được quan tâm. Quả thực chuyển mạch tốc độ cao, ghép kênh và giải ghép kênh của một tín hiệu dữ liệu đã được thực hiện với các bộ khuếch đại quang bán dẫn SOA được điều khiển quang học, cung cấp không chỉ sự phi tuyến cần thiết cho chuyển mạch mà còn cho độ khuếch đại. Các SOA đã được sử dụng trong vòng quang và trong cấu hình giao thoa kế MZI. Các MZI với tính phi tuyến quang học cả thụ động và tích cực đã có tốc độ ps. Một lợi thế của phiên bản MZI SOA là nó cho phép tích hợp đơn khối làm cho thiết bị chuyển mạch ổn định và gọn nhẹ. Trong các chuyển mạch toàn quang MZI SOA này, các tín hiệu điều khiển quang học được đưa lên trên một cần của MZI để làm nghèo hạt tải điện trong SOA tương ứng. Điều này sinh ra sự bão hòa độ khuếch đại và sự thay đổi chiết suất được sử dụng cho chuyển mạch. Khi tín hiệu điều khiển được bật, tín hiệu dữ liệu được chuyển mạch từ trạng thái chéo thành trạng thái ngang. Khả năng tốc độ cao dựa trên thời gian làm nghèo hạt tải điện nhanh, trong khi thời gian phục hồi hạt tải điện là có giới hạn. Phương pháp khắc phục giới hạn này là hoạt động với hai xung điều khiển hoặc bằng cách đổi chỗ không gian các SOA. Tuy nhiên trong cấu hình đối xứng, các tỉ số bật/ tắt trong trạng thái chuyển mạch và trạng thái không chuyển mạch không bằng nhau. Trong trạng thái chuyển mạch, "tắt" không phải tối ưu do độ lợi không bằng nhau trong hai SOA. Thực tế tồn tại là các chuyển mạch toàn quang cần phải được cải tiến và cân đối tỉ số tắt. Gần đây hai phiên bản khác nhau của chuyển mạch toàn quang khắc phục được những giới hạn này đã được đề xuất và chứng minh. Những cải tiến đạt được bằng cách tối ưu hóa cả các dòng phân cực của SOA và các pha trong hai cần của MZI hoặc có thể sử dụng hai bộ tách chùm không đối xứng với các tỉ số nghịch đảo.
SVTH: Đào Vũ-Lớp:D08VT1 61
3.9.2. Chuyển mạch toàn quang MZI SOA cơ bản.
Hình 3.34. a) Chuyển mạch toàn quang dựa trên cấu hình MZI- SOA. b) Trạng thái không chuyển mạch.
Đầu tiên một chuyển mạch toàn quang MZI- SOA đối xứng đơợc xem xét và tính không đồng đều của tỉ số tắt được đem ra thảo luận. Chuyển mạch toàn quang MZI đối xứng bao gồm hai bộ tách chùm 50: 50, hai SOA và hai bộ ghép ( C) để đưa tín hiệu điều khiển vào trong SOA trên các cần MZI. Các SOA được phân cực tương đương để cung cấp một độ khuếch đại đồng nhất. Trong trạng thái không chuyển mạch, khi các tín hiệu điều khiển vắng mặt, tín hiệu đầu vào Pin được gửi trực tiếp về phía cổng chéo của nó Px, giả sử rằng mối quan hệ về pha được điều chỉnh chính xác. Tỷ số tắt ( công suất trong đường dẫn đầu ra chuyển mạch tắt bị phân chia bởi công suất trong đường dẫn đầu ra chuyển mạch đóng) cho trạng thái này sẽ lớn lí tưởng, hoàn hảo. Tỷ số tắt ở 29dB trong hình 3.34 ( b) đề cập đến giá trị đạt được trong thực nghiệm. Trong trạng thái chuyển mạch, một tín hiệu điều khiển quang học Pc làm bão hòa SOA1 và do đó gây ra một độ khuếch đại và sự thay đổi chiết suất. Một tín hiệu dữ liệu Pin qua MZI chịu sự dịch pha và sẽ được chuyển mạch từ cổng ra chéo Px đến cổng ra ngang P=. Tuy nhiên bởi vì độ khuếch đại trong SOA1 thay đổi trong khi độ khuếch đại SOA không thay đổi, " tắt" tại cổng Px không phải là tối ưu. Thực nghiệm cho thấy tỷ số tắt bị suy giảm 13dB. Để đạt được chuyển mạch toàn quang MZI- SOA với các tỉ số tắt tương đương trong các trạng thái khác nhau của nó khi có và không có tín hiệu điều khiển, chúng ta phải làm đối xứng tỉ số tắt của chuyển mạch. Điều này có
SVTH: Đào Vũ-Lớp:D08VT1 62 thể đạt được bằng cách giảm sự cung cấp dòng của SOA2 mà không bị ảnh hưởng bởi tín hiệu điều khiển Pc. Với những thiết lập dòng mới, chúng ta đạt được sự chênh lệch độ khuếch đại của các trạng thái chuyển mạch và không chuyển mạch trước bộ tách chùm thứ 2 trở thành đồng nhất. Do đó các tỉ số tắt cân bằng giữa hai trạng thái.
Nguyên lí hoạt động của chuyển mạch MZI - SOA được mô tả trong hình 3.35.
Hình 3.35. Chuyển mạch MZI- SOA tổng quát với các bộ dịch pha.
MZI được tạo thành bởi hai bộ tách chùm SA và SB để phân chia và kết hợp các tín hiệu dữ liệu Pin,1 và Pin,2, hai bộ ghép C để đưa vào các tín hiệu điều khiển PC1và PC2 vào các SOA để cung cấp sự phi tuyến cần thiết cho chuyển mạch. Hai bộ dịch pha
dùng để điều khiể pha trong MZI được thêm vào. Khi không có tín hiệu điều
khiển, các tín hiệu dữ liệu từ các cổng Pin được chuyển trực tiếp tới cổng chéo Px. Các tín hiệu điều khiển quang thích hợp Pc thông qua việc thay đổi mật độ hạt tải điện liên quan đến sự thay đổi chiết suất cảm ứng sự dịch pha Pi trong MZI để chuyển tín hiệu tới các cổng đầu ra ngang P= tương ứng. Tỉ số tách công suất của bộ tách chùm SA và SB có thể lệch với tỉ số tách 50:50. Các chuyển mạch toàn quang này có thể sử dụng với một tín hiệu điều khiển mode bậc không mà còn trong cấu hình mode bậc kép với tín hiệu điều khiển mode bậc nhất.
Kết luận
Trong chương III, đồ án đề cập đến cấu tạo cũng như nguyên tắc hoạt động của một số thiết bị xử lí tín hiệu quang sử dụng SOA. Các thiết bị này hầu hết là ứng dụng các hiệu ứng phi tuyến của khuếch đại quang bán dẫn. Vai trò của các thiết bị này là vô cùng quan trọng trong việc phát triển hệ thống thông tin quang trong tương lai. Bởi lẽ nó sẽ xây dựng nên một hệ thống thông tin quang trong suốt, không cần chuyển đổi quang điện.
SVTH: Đào Vũ-Lớp:D08VT1 63 -
- -
SVTH: Đào Vũ-Lớp:D08VT1 64 Nam. 2010.
2
1. All- Optical Logic Gates Using SOA Based Devices And Their Applications, Korea Institute of Science and Technology, 2004.
2. Application of Semiconductor Amplifiers in High- Speed, Tyndall National Institute & Department of Physics, 2007.
3. Fiber- Optic Communications System, Third Edition, Giovind P.Agrawal.
4. On the SOA- based MZI all optical logic gates for all optical networks, Department of Computer Sciences China University of Mining and Technology Bejjing China, 2007.
5. Semiconductor Optical Amplifiers. Michael J.Connelly- Kluwer Academic Publishers, 2002.
6. Semiconductor Optical Amplifiers Light Up All- Optical Signal Processing, Dr. Alistair, CIP Ltd, 2007.