CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN CHUYỂN MẠCH SMZ VỚI COUPLER ĐẦU RA KHÔNG ĐỐI XỨNG VÀ XUNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT KHÁC NHAU Ở
2.2 KHẢO SÁT CÁC THAM SỐ SOA CHO CHỨC NĂNG CHUYỂN MẠCH
2.2.3 Khảo sát các tham số SOA cho chức năng chuyển mạch
Để khảo sát các tham số SOA cho chức năng chuyển mạch dựa trên mô hình phân đoạn, trong đó chiều dài SOA được chia thành nhiều đoạn nhỏ bằng nhau trong phân tích được lấy bằng 𝑙 = 𝐿𝑆𝑂𝐴/200 đoạn. Các phương trình ở mục 2.2.2 được chọn để phù hợp với mô hình phân đoạn sử dụng phần mềm MatlabTM. Mô hình đưa ra cho SOA loại sóng chạy. Giả thiết mật độ hạt mang là không đổi trong từng phân đoạn. Tuy nhiên, mật độ hạt mang và công suất tín hiệu sẽ thay đổi khi tín hiệu chuyển từ phân đoạn này sang phân đoạn khác, phụ thuộc vào công suất tín hiệu đầu vào và mật độ hạt mang của phân đoạn liền trước.
Để tính hệ số khuếch đại tổng và mật độ hạt mang của phân đoạn, chiều dài 𝐿𝑆𝑂𝐴 của SOA sẽ được thay bằng l trong tất cả các phương trình ở mục 2.2.2. Các tham số thiết lập của SOA được chọn dựa trên các công bố của các tác giả trong [33]
về khảo sát ảnh hưởng của bước sóng tín hiệu đối với tính đồng nhất hệ số khuếch đại SOA và công bố của các tác giả trong [85] về xây dựng mô hình mô phỏng SOA (để khảo sát bão hòa khuếch đại, nén xung và chuyển đổi bước sóng). Cụ thể, các tham số vật lý của SOA được cho như trong bảng 2.1. Trong quá trình khảo sát thiết lập ban đầu các tham số đầu vào của SOA có giá trị bằng =1550nm, Ip=150mA và công suất đỉnh xung đầu vào Pi=1mW.
Bảng 2.1: Các tham số của SOA cho tính toán dịch pha.
Các tham số Giá trị
Mật độ hạt tại điểm truyền qua- N0
Mật độ hạt mang ban đầu -Ni
1,4×1024 m-3 3×1024 m-3
Suy hao tán xạ ống dẫn sóng - α Hệ số khuếch đại vi phân - Ag
Số phân đoạn
Chiều dài SOA- 𝐿𝑆𝑂𝐴 Chiều rộng SOA- 𝑊𝑆𝑂𝐴 Chiều cao SOA- 𝐻𝑆𝑂𝐴 Hệ số giam hãm -
Hệ số tái kết hợp bề mặt và khiếm khuyết - RA
Hệ số tái kết hợp phát xạ - RB
Hệ số tái kết hợp Auger - RC
40×102 m-1 2,8×10-20 m2 200
500×10-6 m 3×10-6 m 8×10-8 m 0,2
3,6×108 s-1 5,6×10-16 m3/s 3×10-41 m6/s
Trong khảo sát, các xung quang đầu vào mô hình SOA là xung dạng Gaussian có độ rộng tối đa tại nửa cực đại (FWHM- Full Width Half Maximum) bằng 3 ps và công suất đỉnh Pi =1mW như trên hình 2.5.
Hình 2.5: Dạng xung Gausian quang đầu vào trong khảo sát.
Đáp ứng khuếch đại chuẩn hóa của SOA khi không có tín hiệu đưa vào như mô tả trên hình 2.6 [33]. Đáp ứng khuếch đại tăng nhanh và đạt giá trị trạng thái ổn định trong khoảng thời gian tbias 1ns.
Để SOA hoạt động ở chế độ chuyển mạch, yêu cầu tín hiệu vào (dưới dạng tín hiệu Gausian hoặc xung điều khiển CP) phải dịch pha bằng khi truyền qua SOA.
Chúng ta sẽ khảo sát các điều kiện hoạt động khác nhau để đạt được yêu cầu dịch pha
mong muốn, các điều kiện hoạt động này liên quan đến dòng định thiên, chiều dài SOA, bước sóng và công suất tín hiệu đầu vào.
Hình 2.6: Đáp ứng khuếch đại chuẩn hóa của SOA khi không có tín hiệu vào.
Hình 2.7 và hình 2.8 biểu thị công suất đầu vào yêu cầu để nhận được dịch pha
đối với SOA làm chức năng chuyển mạch theo dải các giá trị dòng định thiên tương ứng ở các bước sóng và chiều dài 𝐿𝑆𝑂𝐴 khác nhau.
Hình 2.7: Công suất đầu vào yêu cầu cho chuyển mạch như một hàm của dòng định thiên tại các bước sóng khác nhau.
Có thể thấy trên hình 2.7, khi dòng định thiên càng cao thì chỉ cần công suất đầu vào càng bé để tín hiệu đạt được dịch pha . Tại dòng định thiên bằng 200mA,
công suất đầu vào yêu cầu cho chuyển mạch là gần như bằng nhau mà không cần phải chú ý đến bước sóng xung đầu vào.
Trên hình 2.8, trong trường hợp dòng định thiên bằng 150mA, khi chiều dài L=500m để đạt được yêu cầu chuyển mạch thì công suất đầu vào tối thiểu phải bằng 58mW (khoảng 17,6 dBm). Đối với chiều dài L= 250m yêu cầu công suất đầu vào bằng 170mW (khoảng 22,3 dBm), trong khi với chiều dài L=100m cần công suất hơn 2,5W (khoảng 34 dBm).
Hình 2.8: Công suất đầu vào yêu cầu cho chuyển mạch theo dòng định thiên với các chiều dài của SOA khác nhau.