Bộ phát quang có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang. Ánh sáng phát ra từ các nguồn này được ghép vào sợi quang để truyền đi. Có hai loại linh kiện dùng làm nguồn phát quang hiện nay là
• Diode phát quang hay LED (Light Emitting Diode)
• LASER (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)
Để xây dựng thành công các hệ thống thông tin quang. Các nguồn phát quang cần có các tính chất vật lý sau:
• Phù hợp với kích thước các sợi quang.
• Phóng đủ công suất quang vào sợi để khắc phục suy hao cho phép tín hiệu có thể được phát hiện ở đầu thu.
• Phát ra ánh sáng ở các bước sóng làm tối thiểu hoá suy hao và tán xạ. Các nguồn quang nên có một bề rộng phổ nhỏ để giảm thiểu tán xạ. • Duy trì sự vận hành ổn định trong những điều kiện môi trường thay đổi
(như nhiệt độ).
• Cho phép điều chế trực tiếp công suất quang ngõ ra.
• Giá thành thấp và tin cậy hơn các thiết bị điện tử, cho phép các hệ thống thông tin sợi quang có thể cạnh tranh với những hệ thống thông tin thông thường.
Các hệ thống thông tin quang hoạt động ở các cửa sổ 850 nm, 1300 nm, và 1550 nm. Các nguồn bán dẫn được thiết kế để vận hành ở các bước sóng mà sự hấp thu của sợi quang là nhỏ nhất và cực đại băng thông của hệ thống. Bằng việc thiết kế các nguồn quang hoạt động ở các bước sóng riêng biệt nào đó, sự hấp thu từ những tạp chất trong sợi quang, như là các ions hydroxyl (OH-), có thể được giảm nhỏ. Cực đại băng thông liên quan đến việc thiết kế các sợi quang và các nguồn mà làm giảm nhỏ tán sắc sắc thể và tán sắc mode ở bước sóng hoạt động.
Nguồn phát quang cho những hệ thống ghép kênh đa bước sóng là những laser có độ phân giải cao, băng hẹp, chính xác. Những laser này cho phép khoảng cách kênh nhỏ, tăng số bước sóng có thể sử dụng ở dải 1500nm và giảm các ảnh hưởng
3 2 2 1 4 3 2 1 Hình 4.3: Bộ truyền 3 cổng và 4 cổng
xấu đến tín hiệu như sự tán xạ. Chúng giảm nhỏ suy hao công suất, cho phép truyền ở những khoảng cách xa và mức độ toàn vẹn của tín hiệu cao. Những laser này có thể sử dụng các bộ khuếch đại quang để nâng độ lớn của tín hiệu với những khoảng cách mở rộng và loại bỏ các bộ khuếch đại điện tử cần thiết để tái tạo từng tín hiệu quang. Hầu hết các hệ thống laser được thiết kế để làm việc với những bước sóng được quy định bởi ITU-T.
3.1. LASER
Hình 4.4 trình bày cấu trúc tổng quát của một laser. Laser gồm hai tấm gương hình thành nên một lỗ hốc, một môi trường phát xạ choán lấy lỗ trống và một thiết bị kích thích. Thiết bị này đưa dòng điện vào môi trường phát xạ, được làm bằng một loại vật chất gần như ổn định. Dòng điện kích thích các electron trong môi trường và khi một electron quay về trạng thái nền, nó phát ra một photon ánh sáng. Photon sẽ phản chiếu gương ở mỗi đầu cuối của hốc và sẽ đi xuyên qua môi trường trở lại.
Phát xạ kích thích xảy ra khi một photon lại thật gần một electron được kích thích. Photon có thể làm electron phóng ra năng lượng và trở về trạng thái nền.
Trong quá trình này, electron phát ra photon khác có cùng hướng và kết hợp với photon đang kích thích. Các photon mà tần số là phần nguyên của chiều dài hốc sẽ kết hợp để tạo ra ánh sáng ở một tần số được cho. Gương phản chiếu các photon tới và lui, do đó phát xạ kích thích nhiều hơn có thể xảy ra và cường độ ánh sáng cao hơn có thể được tạo ra. Một trong hai gương truyền dẫn một phần, do vậy một số photon sẽ thoát khỏi lổ hốc dưới dạng một tia sáng hội tụ. Bằng cách thay đổi chiều dài hốc, tần số ánh sáng được phát có thể hiệu chỉnh.
Tần số photon phát phụ thuộc vào sự thay đổi mức năng lượng của nó. Tần số được xác định bởi phương trình: f = (Ei – Ef)/h. Trong đó f là tần số của photon, Ei
là trạng thái ban đầu của electron (quasi-state), Ef là trạng thái cuối (ground state) của electron, và h là hằng số Plank.
Excitation Device
Lasing medium
Reflective Mirror
Partially-Transmitting Mirror Light Beam