2. 2 Kiến trỳc mạng cú cấu trỳc
3.1.3 Cấu tạo vă nguyớn lý hoạt động của mõy phõt quang
3.1.3.1 – Cấu tạo
Mõy phõt quang bao gồm 3 khối chớnh như sau:
+ Bộ lập mờ cú chức năng chuyển cõc mờ đường truyền khõc nhau (RZ, NRZ, AMI…) thănh mờ đường truyền thớch hợp trớn đường truyền quang, thường lă mờ Manchester.
+ Bộ điều khiển cú chức năng chuyển tớn hiệu văo biểu diễn theo õp thănh tớn hiệu biểu diễn theo dũng phự hợp với nguồn laser. Vỡ nguồn laser chỉ lăm việc với tớn hiệu dũng.
+ Nguồn quang trong trường hợp năy dựng nguồn laser loại phđn bố phản hồi (DFB) để nđng cao chất lượng tớn hiệu. Cú cõc loại nguồn quang thường dựng sau:
1/ Laser điode cú khoang cộng hưởng Fabry – perot
Laser đioe cú cấu trỳc dị thể kĩp như LED , nhưng cú khả năng khuếch đại. Để đạt được mục đớch năy thường dựng khoang cộng hưởng Fabry-perot, bằng cõch măi nhẵn hai đầu dị thể kĩp thănh hai gương phản xạ như hỡnh 3.2a. Cấu trỳc năy của laser diode được viết tắt lă FP-LD.
Khoảng cõch hai gương trong laser diode Fabry-perot lă L. cõc gương năy cú khả năng tạo ra hồi tiếp tớch cực, tức lă sự quay lại của cõc photon kớch thớch trong vựng hoạt tớnh sẽ kớch thớch nhiều photon hơn. Ânh sõng đi ra ngoăi qua hai gương phản xạ.
Xĩt điều kiện khuếch đại trong laser diode Fabry-perot: một súng truyền từ gương bớn trõi tới gương bớn phải, như hỡnh 3.3b. Tại gương bớn phải, súng năy sẽ phản xạ vă tiếp tục truyền như thế. Dạng súng năy gọi lă súng đứng. Để trong buồng cộng hưởng chỉ cú súng với bước súng ổn định thỡ nú phải lă súng đứng. Yớu cầu vật lý năy cú thể được viết như sau:
N = (3.1) Đồ õn tốt nghiệp 33 Bộ lập mờ Bộ điều khiển Nguồn quang
Hỡnh 3.2 Sơ đồ khối mõy phõt tớn hiệu quang Tớn hiệu
văo
Tớn hiệu quang ra
Trong đú:
L: lă khoảng cõch hai gương N: lă số nguyớn
Để thoả mờn điều kiện cộng hưởng, hai gương phản xạ phải cõch nhau một khoảng lă L bằng số nguyớn lần nửa bước súng.
Quõ trỡnh phõt xạ của FP-LD được thực hiện khi một văi bước súng cộng hưởng nằm trong đường cong khuếch đại cú hệ số khuếch đại lớn hơn suy hao, như trong hỡnh 3.3c Vựng hạn chế Vựng hạn chế Gương Vựng hoạt tớnh ∆ λ λ(nm) C ụn g su ất đ ầu r a (m W ) L (a) (b) (c)
Hỡnh 3.3 Laser Fabry-perot: (a) Cấu tạo của khoang cộng hưởng; (b) Hỡnh thănh súng đứng trong khoang cộng hưởng;
Đặc tớnh P – I của laser diode như hỡnh 3.4. Đặc tớnh phổ của FP – LD như hỡnh 3.3d.
2/ Laser diode DFB (Distributed FeedBack)
Nguyớn lý hoạt động của laser DFB lă sư dụng hiện tượng phản xạ Bragg văo mục đớch nĩn cõc mode bớn trong vă chọn lọc tần số. Trong thiết bị năy buồng cộng hưởng Fabry-perot được thay thế bằng cõch tử nhiễu xạ (Hỡnh 3.5).
Súng quang lan truyền song song với cõch tử, do cõch tử cú cấu trỳc tuần hoăn chu kỳ tạo hiện tượng giao thoa giữa hai súng ghĩp la truyền ngược nhau. Để hiện tượng giao thoa súng xảy ra thỡ sau một chu kỳ của cõch tử pha của súng phải thay đổi 2π m, trong đú m lă số nguyớn, được gọi lă bậc nhiễu xạ Bragg tức lă:
2π m = 2Λ (3.2)
Với neff lă chiết suất hiệu dụng của mode (neff ≈ 3,4 đối với bước súng 1550nm InGaAsP laser). Λ lă chu kỳ cõch tử, hệ số 2 xuất hiện trong biểu thức trớn vỡ õnh sõng phải phản xạ hai lần để trựng pha với pha của súng tới.
Đồ õn tốt nghiệp 35 Dũng (mA) C ụn g su ất r a (m W )
Hỡnh 3.4 Đặc tớnh P – I của laser diode
Nếu điều kiện (3.2) khụng thoả mờn thỡ õnh sõng tõn xạ từ cõch tử sẽ giao thoa triệt tiớu lẫn nhau, kết quả lă súng khụng thể lan truyền đi được. Khi m = 1 thỡ bước súng λ B được gọi lă bước súng Bragg bậc 1 vă:
λ B = 2Λ neff (3.3)
Cụng thức (3.3) lă trường hợp đặc biệt của định luật Bragg vă nếu m = 1 đơn vị thỡ súng được gọi lă thoả mờn điều kiện Bragg thứ nhất. Ngoăi ra cũng cú thể õnh sõng phản xạ thoả mờn điều kiện Bragg thứ hai. Thực tế thỡ khi m = 2, chu kỳ cõch tử tăng lớn vă dễ chế tạo hơn. Lưu ý rằng cõch tử khụng nằm trong lớp hoạt tớnh nguyớn nhđn lă do cõch tử nằm trong vựng hoạt tớnh sẽ gđy ra sự chuyển vị bề mặt vă điều năy sẽ lăm tăng tỷ lệ tõi hợp khụng bức xạ. Lớp cõch tử được thực hiện nhờ cụng nghệ quang khắc hoặc cụng nghệ ăn mũn hoõ học.
Đặc tuyến P-I của laser được thể hiện như trong hỡnh 3.4 vă chức năng điều chế tớn hiệu tương tự được thể hiện như trong hỡnh3.6a vă điều chế tớn hiệu số được thể hiện như trong hỡnh 3.6b. Ở đđy logic 0 tương ứng với trạng thõi tối vă logic 1 tương ứng với trạng thõi sõng của õnh sõng laser. Một tớn hiệu thay đổi thẳng từ giõ trị dưới ngưỡng đến giõ trị trớn ngưỡng của đặc tuyến laser (dũng bơm).
Hỡnh 3.5 Cấu trỳc diode laser hồi tiếp phđn tõn DFB
P Λ Lớp tiếp xỳc Cõch tử Lớp tiếp xỳc Vựng hoạt tớnh n
Đồ õn tốt nghiệp 39
Tớn hiệu quang đầu ra
Tớn hiệu điện đầu văo
Hỡnh 3.6.(a) Điều chế tớn hiệu số
IF (mA) Ith
Ib P(mW
)
Tớn hiệu quang đầu ra
Tớn hiệu điện đầu văo
Hỡnh 3.6.(b) Điều chế tương tự IF (mA) Ith Ib P(mW )