Bộ thu quang là một trong những bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống thông tin quang. Sở dĩ như vậy vì bộ phận này là nơi thu nhận mọi đặc tính tác động trên toàn tuyến đưa tới, hoạt động của nó có ảnh hưởng quan trọng tới chất lượng của toàn bộ hệ thống truyền dẫn. Chức năng chính của bộ thu quang là biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện. Bộ thu quang cần phải có độ nhạy thu cao, đáp ứng nhanh, nhiễu thấp, giá thành hạ và độ tin cậy cao.
Yêu cầu xây dựng các tuyến thông tin cao đòi hỏi các thiết bị thu phải có độ nhạy thu cao và nhiễu rất thấp. Vì thế công nghệ mạch tích hợp được đặt ra cho các thiết bị thu quang. Trong các thiết bị thu quang, ngoại trừ photodiode thì tất cả các thành phần thiết bị đều là các thành phần điện chuẩn. Các thành phần này đều có thể dễ dàng được tổ hợp trên cùng một chip (hay mạch) bằng cách sử dụng công nghệ mạch tổ hợp IC (Integrated circuit) đã được phát triển cho các thiết bị vi mạch. Gần đây những cố gắng đáng kể đã hướng trọng tâm vào việc phát triển các thiết bị thu
quang đơn khối nhằm tổ hợp toàn bộ các phần tử bao gồm cả bộ tách sóng quang trên cùng một chip nhờ việc áp dụng công nghệ OEIC (Optoelectronic Integrated circuit). Việc tổ hợp toàn bộ thiết bị như vậy là tương đối dễ với bộ thu GaAs, và công nghệ phía sau OEIC dựa trên GaAs là hoàn toàn tiên tiến. Đối với các hệ thống thông tin quang hoạt động tại vùng bước sóng 1,3 đến 1,6 m thì cần phải có các bộ thu OEIC dựa trên InP. Vì công nghệ IC đối với GaAs đã thành thục hơn nhiều đối với InP cho nên đôi khi người ta thực hiện áp dụng cho bộ thu với công nghệ InGaAs. Công nghệ này được gọi là công nghệ OEIC flip-chip, trong đó các thành phần điện được tổ hợp trên chíp GaAs, ngược lại photodiode được làm trên đỉnh của chíp InP. Rồi sau đó hai chíp được ghép nối với nhau bằng cách đặt nhẹ chíp InP lên trên chíp GaAs. Tính tiên tiến của công nghệ này là photodiode và các thành phần của bộ thu có thể được làm tối ưu một cách độc lập trong khi vẫn giữ được tính chất kí sinh.
Nhìn chung, trong việc thiết kế tổ hợp thiết bị thu quang, front-end của bộ thu quang là một bộ phận khó thiết kế nhất, đặc biệt trong hệ thống thông tin quang tốc độ bit cao và cự ly dài, bởi vì độ nhạy của các hệ thống này thường là bị giới hạn từ đặc tính của mạch front-end đòi hỏi một sự hài hoà giữa tốc độ bộ và độ nhạy thu. Front- end bộ thu thường được phân cấp thành Hybrit IC (HIC), Microwave Monolithic IC (MMIC), và Optoelectronic (OEIC) bằng cách kết hợp bộ tách sóng quang và tiền khuếch đại với nhau. Đối với hệ thống thông tin sợi quang nhiều Gb/s, HIC có thể được sử dụng. Tuy nhiên, các đặc tính mâu thuẫn của từng thành phần thụ động tích cực riêng rẽ có vi hiệu chỉnh để đạt được độ nhạy cao nhất của nó. Đây cũng là điểm yếu và hạn chế đối với các phần tử kí sinh. Vì vậy, hiện nay các thiết kế MMIC và OEIC là thích hợp cho hệ thống tin cậy.
Đối với mạng thông tin quang tốc độ 40Gb/s bộ thu quang bao gồm: một bộ tiền khuếch đại, một photodiode có cấu trúc đặc biệt với công suất cao, một đế InP đơn khối được tổ hợp trong mạch tích hợp quang điện OEICs (optoelectronic integrated circuits). OEICs được kết hợp các chức năng như tách sóng, khuếch đại và dẫn sóng. OEICs sử dụng chất nền bán dẫn và lớp dẫn sóng quang bán dẫn.
Hình 2.6. Cấu trúc bộ thu quang tổ hợp OEICs
Sự tích hợp bộ tách sóng được thực hiện bằng cách hình thành lớp MOVPE lên trên lớp dẫn sóng và lớp photodiode tích cực. Mạch tích hợp sẽ hoạt động tốt khi được tích hợp bộ tách sóng kép. Bước tiếp theo là tích hợp bộ khuếch đại điện, trên lớp đáy InP còn có thêm lớp khuếch đại sóng chạy HEMT. OEICs được chế tạo trong 2 bước, lớp MOVPE/MBE enpitaxy tiếp xúc để ổn dẫn sóng kết hợp với photodiode và lớp HEMT, cho phép tối ưu sự độc lập của từng thiết bị. Tất cả các thiết bị được tích 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 được hình thành trên bề mặt khối trên.
Sau khi photodiode được hàn vào khối trên, suy giảm MBE được sử dụng để hình thành lớp AlInAs/GaInAs HEMT. Tất cả các thiết bị đều được bảo vệ tốt bởi 1 chất điện môi được pha tạp sắt. HEMT và photodiode đều được kết hợp bằng phương pháp khắc hoá học khô DCE (Dry Chemical Etching). Xử lý MMIC tiếp theo bao gồm việc tạo ra điện trở Nicr, tụ điện và kết nối kim loại với nhau. Tụ điện MIM và màng điện trở kim loại được coi như thiết bị thụ động dùng để khuếch đại và định thiên trong photodiode.
Có hai loại bộ tách sóng đem lại nhiều lợi ích nhất là bộ tách sóng Twin và bộ tách sóng Balance.
CHƢƠNG 3: ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỄU TRONG TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO
Mặc dầu việc sử dụng ion đất hiếm làm môi trường khuếch đại cho khuếch đại quang đã được lưu y từ rất sớm (1964), EDFA vẫn chưa được thực hiện cho đến khi người ta chế tạo được sợi quang pha tạp tổn hao thấp. EDFA hứa hẹn tạo ra một cuộc cách mạng trong công nghệ truyền dẫn tín hiệu quang, với giá thành thấp, trong khi có thể tăng cường được khả năng và độ tin cậy của mạng. EDFA có thể sử dụng làsm một bộ khuếch đại công suất để tăng công suất truyền dẫn, làm trạm lặp quang để bù tín hiệu yếu và làm các bộ tiền khuếch đại quang để tăng độ nhạy máy thu. Từ những thành công này, người ta đã sử dụng nó làm một trạm lặp thế hệ mới trong các hệ thống truyền dẫn sợi quang xuyên ngầm dưới biển. Điều đó đã chứng minh lợi ích và khả năng của EDFA trong các hệ thống truyền dẫn sợi quang trong tương lai.