Bộ lọc định tuyến kênh sử dụng lỗ khuyết đơn trong phiến dẫn sóng tinh thể quang tử 2d

Biểu diễn một hàm bộ lọc kênh định tuyến sử dụng một lỗ khuyết duy nhất trong ống dẫn sóng tinh thể quang tử 2D...30 3.4.2... Tuy vậy mạng thông tin quang hiện nay vẫn còn một sốhạn chế

Mục Lục

LỜI MỞ ĐẦU 4

NỘI DUNG 6

I Tổng quan về bộ lọc quang và tinh thể quang tử 6

1 Tinh thể quang tử 6

1.1 Giới thiệu 6

1.2 Ứng dụng 7

2 Tổng quan về bộ lọc quang 8

2.1 Định nghĩa 8

2.2 Các thông số cơ bản 10

2.3 Cách tử 11

2.4 Cách tử Bragg 14

2.5 Một sô bộ lọc quang thông dụng 17

2.5.1 Bộ lọc cách tử kiểu sợi quang 17

2.5.2 Bộ lọc Fabry-Perot 17

2.5.3 Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF) 17

2.5.4 Bộ lọc Mach-Zehnder 18

2.5.5 Bộ lọc cách tử ống dẫn sóng sóng ma trận (AWG) 19

2.5.6 Bộ lọc quang – âm điều chỉnh được (AOTF) 20

II Bộ lọc định tuyến kênh sử dụng lỗ khuyết đơn trong phiến dẫn sóng tinh thể quang tử 2D 22

1 Bộ lọc định tuyến kênh 22

2 Hiệu suất của bộ lọc định tuyến kênh 22

3 Bộ lọc định tuyến kênh sử dụng lỗ khuyết đơn trong phiến dẫn sóng tinh thể

quang tử 2D 22

3.1 Giới thiệu 22

3.2 Nguyên lý hoạt động 25

3.3 Chế tạo thiết bị 28

3.4 Thực nghiệm 30

3.4.1 Biểu diễn một hàm bộ lọc kênh định tuyến sử dụng một lỗ khuyết duy nhất trong ống dẫn sóng tinh thể quang tử 2D 30

3.4.2 Sự điều chỉnh bước sóng phát xạ 31

3.4.3 Hiệu suất phát xạ 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Cấu trúc tinh thể quang tử 1D, 2D và 3D 6

Hình 2 Sơ đồ khối của bộ lọc (a) Bộ lọc cố định bước sóng λk (b) Bộ lọc có thể điều k (b) Bộ lọc có thể điều chỉnh bước sóng được trong khỏang Δλk (b) Bộ lọc có thể điều 7

Hình 3 (a) Các thông số đặc trưng của bộ lọc (b) Ðộ gợn sóng của bộ lọc 9

Hình 4 (a) là cách tử truyền dẫn (transmission gratings), (b) là cách tử phản xạ (reflection gratings) 11

Hình 5 Nguyên tắc hoạt động của cách tử truyền dẫn Cách tử phản xạ hoạt động 12

Hình 6 Cách tử blazing với góc blaze α Năng lượng của giao thoa tối đại tương ứng với góc blaze là cực đại 13

Hình 7 (a) Cách tử Bragg trong sợi quang chiết suất đồng nhất (b) Cách tử Bragg trong sợi quang chiết suất giảm dần (c) Phổ công suất phản xạ của cách tử đồng nhất (d) Phổ công suất phản xạ của cách tử giảm dần Δ là độ rộng của dải thông và là khoảng cách giữa bước sóng đỉnh và điểm phản xạ tối tiểu đầu tiên trong trường hợp mặt cắt chiết suất đồng nhất Δ tỉ lệ nghịch với chiều dài cách tử Δλk (b) Bộ lọc có thể điều là độ lệch bước sóng so với bước sóng đồng pha 15

Hình 8 Bộ lọc đa khoang màng mỏng TFMF (Thin-film Multicavity Filter) (a) Cấu tạo bộ lọc gồm có 3 khoang cộng hưởng (b) Hàm truyền đạt công suất đối với các trường hợp gồm: một, hai, ba khoang cộng hưởng 17

Hình 9 (a) Bộ lọc MZI được tạo thành bằng cách kết nối các couplers định hướng 3 dB (b) Sơ đồ khối của MZI Δl là độ lệch về đường đi giữa hai nhánh (c) Sơ đồ khối của MZI bốn tầng sử dụng các bướ sóng khác nhau ở mỗi tầng 18

Hình 10.Cách tử ống dẫn sóng ma trận 19

Hình 11 Mẫu bộ kết nối chéo được tạo từ AWG 19

Hình 12 Một AOTF đơn giản 20

Hình 13 a) Phiến tinh thể quang tử có cấu trúc mạng tam giác 2 chiều b) Tính toán sự thay đổi phổ của ánh sáng trong ống dẫn sóng 24

Hình 14 a) Phiến tính thể quang tử 2D có một lỗ khuyết duy nhất b) Biểu đồ

thể hiện tương ứng 25

Hình 15 Ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử của thiết bị được chế tạo Cấu trúc phiến hai chiều được kẹp vào giữa các lớp vỏ không khí Một ống dẫn sóng thẳng và hai lỗ khuyết độc lập được định dạng trên mặt phiến 28

Hình 16 Hình ảnh thực tế 28

Hình 17 Phổ phát xạ đo được theo hướng thẳng đứng từ một lỗ khuyết đơn với bán kính 0.57a 30

Hình 18 Sự phụ thuộc bước sóng phát xạ theo bán kính lỗ khuyết 30

Hình 19 Hệ số Q của một số thiết bị 31

Hình 20 Ảnh chụp kính hiển vi điện tử mô tả mặt cắt của lỗ khuyết 31

Hình 21 Sự phụ thuộc của hiệu suất phát xạ vào hệ số Qin/Qv 33

Hình 22 Cấu trúc của một khu vực xunh quanh lỗ khuyết và ống dẫn sóng cho các tính toán lý thuyết của Pin và Pv 34

Hình 23 Sự phụ thuộc của hệ số Q vào bán kính lỗ khuyết và khoảng cách từ nó đến ống dẫn sóng 35

Hình 24 Sự phụ thuộc của Qin/Qv vào bán kính lỗ khuyết và khoảng cách từ nó đến ống dẫn sóng 36

LỜI MỞ ĐẦU

Với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của công nghệ thông tin nói chung và kỹthuật viễn thông nói riêng, nhu cầu dịch vụ viễn thông phát triển rất nhanh tạo ra áp lựcngày càng cao đối với việc dung lượng thông tin ngày càng tăng lên Và việc chế tạo và

áp dụng thành công việc truyền tin bằng tính chất quang xem như là một thành cônglớn đối với các nhà khoa học Tuy vậy mạng thông tin quang hiện nay vẫn còn một sốhạn chế về chất lượng truyền dẫn như băng thông, khoảng cách, chất lượng dịch vụ…

Vì thế rất nhiều sự sáng tạo và giải pháp ra đời, ví dụ như giải pháp ghép kênh theobước sóng WDM, đa kênh theo bước sóng DWDM cho phép ghép nhiều bước sóngtrên cùng một sợi quang, do đó có thể tăng dung lượng đường truyền mà không cầntăng thêm sợi quang Tuy vậy để có được một hệ thống quang tốt thì tất yếu phải có sựphát triển và cải tiến tốt trên tất cả các thành phần của hệ thống, trong đó bộ lọc quang

là một trong những mắt xích quan trọng

Vì vậy, qua môn học Thông Tin Quang và được sự đồng ý của Cô T.S HoàngPhương Chi, chúng em đã quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn môn này là: “Tìm hiểu

về bộ lọc định tuyến kênh sử dụng lỗ khuyết đơn trong phiến dẫn sóng tinh thể quang

tử 2D” thông qua bài báo “Channel Drop Filter Using a Single Defect in a 2-DPhotonic Crystal Slab Waveguide” Masahiro Imada, Susumu Noda, Member, IEEE,Alongkarn Chutinan, Masamitsu Mochizuki, and Tomoko Tanaka

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Cô T.S Hoàng Phương Chi đã

ân cần chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian học và quá trình làm bài tập lớn mônThông Tin Quang Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian tìm hiểu không nhiều, nênbài tập lớn không tránh khỏi những sai sót, thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sựgóp ý của Cô để bài tập lớn được hoàn thiện hơn!

Sự truyền sóng điện từ bên trong một môi trường tuần hoàn được nghiên cứu đầu tiênbởi Lord Reyleigh năm 1887 Đây là cấu trúc 1D có sự tuần hoàn của chiết suất chỉđược thiết lập theo một hướng duy nhất trong khi đồng nhất theo hai hướng còn lại.Năm 1987, hai nhà khoa học là Eli Yablonovitch và Sajeev John đã đưa ra cấu trúcđiện môi tuần hoàn 2D và 3D:

Tinh thể quang tử 2D là một cấu trúc tuần hoàn dọc theo hai trục của nó và đồng nhấtdọc theo trục thứ ba Cấu trúc tinh thể quang tử này có vùng cấm quang trong mặtphẳng xy, và đồng nhất dọc theo trục z Trong vùng cấm quang, không có trạng tháinào được phép tồn tại và ánh sáng tới sẽ bị phản xạ ngược trở lại tại mặt phân cách

giữa môi trường và cấu trúc tinh thể quang tử Không giống như trường hợp tinh thểquang tử 1D, tinh thể quang tử 2D có thể ngăn chặn ánh sáng truyền tới từ bất kỳhướng nào trong mặt phẳng.

Tinh thể quang tử 3D là cấu trúc có sự tuần hoàn về chiết suất theo cả ba hướng Cấutrúc của tinh thể quang tử 3D được biết đến nhiều nhất trong tự nhiên chính là các đáquý Opal Các loại đá quý này được biết đến bởi tính chất quang độc đáo của chúng làkhi quay các viên đá sẽ có màu sắc khác nhau

Hình 1 Cấu trúc tinh thể quang tử 1D, 2D và 3D

Bản chất của các hiện tượng quan sát được là sự nhiễu xạ của sóng điện từ, trong đóchu kỳ không gian của các cấu trúc tinh thể phải có cùng kích cỡ với bước sóng củasóng điện từ (tức là vào cỡ vài trăm nm cho các tinh thể quang tử làm việc với ánhsáng) Đấy là một khó khăn kỹ thuật cho việc chế tạo các tinh thể quang tử nhân tạo

1.2 Ứng dụng

Các tinh thể quang tử có thể được ứng dụng để điều khiển sự lan truyền của ánh sáng.Các tinh thể quang tử một chiều đã đang được dùng rộng rãi trong quang học màngmỏng; như tạo ra các lớp phủ lên bề mặt thấu kính hay gương để tạo ra độ phản chiếuthấp hay cao tuỳ ý; hay trong sơn đổi màu và in ấn bảo mật

Các tinh thể quang tử hai chiều và ba chiều được dùng trong nghiên cứu khoa học Ứngdụng thương mại đầu tiên của tinh thể quang tử hai chiều là sợi tinh thể quang tử, thay

thế cho sợi quang học truyền thống trong các thiết bị quang học phi tuyến và dùng vớicác bước sóng đặc biệt (ở đó không có vật liệu truyền thống nào trong suốt ngoàikhông khí hay các chất khí).

2 Tổng quan về bộ lọc quang

2.1 Định nghĩa

Bộ lọc là thiết bị chỉ cho phép một kênh bước sóng đi qua, khóa đối với tất cả các kênhbước sóng khác Nguyên lý căn bản nhất của bộ lọc là sự giao thoa giữa các tín hiệu,bước sóng hoạt động của bộ lọc sẽ được cộng pha nhiều lần khi đi qua nó, các kênhbước sóng khác, ngược lại sẽ triệt tiêu pha Tùy thuộc vào khả năng điều chỉnh kênhbước hoạt động, người ta chia bộ lọc làm 2 loại: bộ lọc cố định( fixed filter) và bộ lọcđiều chỉnh được( tunable filter)

Hình 2 Sơ đồ khối của bộ lọc (a) Bộ lọc cố định bước sóng λk (b) Bộ lọc có thể điều chỉnhk (b) Bộ lọc có thể điều chỉnh

bước sóng được trong khỏang Δλk (b) Bộ lọc có thể điều chỉnh.

+ Yêu cầu đối với bộ lọc:

Hiện nay, có rất nhiều công nghệ chế tạo bộ lọc Tuy nhiên, yêu cầu chung đối với tất

cả các công nghệ là:

- Bộ lọc tốt phải có giá trị suy hao xen IL thấp

- Bộ lọc phải không phụ thuộc nhiều vào trạng thái phân cực của tín hiệu đưa vào

- Dải thông hoạt động của bộ lọc phải không nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độmôi trường Bộ lọc phải đảm bảo trong khoảng nhiệt độ hoạt động (thường là khoảng100C, độ dịch dải thông hoạt động phải không vượt quá khoảng cách giữa hai kênhbước sóng hoạt động gần nhất.

- Khi ứng dụng ghép nối tiếp nhiều bộ lọc trong hệ thống WDM, băng thông hoạt động

sẽ bị thu hẹp lại Để hạn chế tối đa điều này, các bộ lọc phải có hàm truyền đạt trongkhoảng bước sóng hoạt động là bằng phẳng

- Hàm truyền đạt của bộ lọc phải có độ dốc lớn để tránh giao nhau ở phần vạt của haibước sóng lân cận, gây xuyên nhiễu giữa các kênh

- Giảm chi phí sản xuất Vấn đề này lại phụ thuộc vào công nghệ chế tạo Tuy nhiên,khi vấn đề này đặt lên hàng đầu thì ta sẽ có hai lựa chọn Thứ nhất là dùng công nghệống dẫn sóng, cho phép sản suất trên những vi mạch tích hợp quang (bù lại hoạt độngphụ thuộc vào trạng thái phân cực của sóng quang) Thứ hai là dùng công nghệ sảnxuất các thiết bị thuần quang, tuy khó khăn trong tích hợp mạch nhưng có nhiều ưuđiểm là không phụ thuộc vào trạng thái phân cực của sóng quang, ghép sóng từ sợiquang và thiết bị dễ dàng

Hình 3 (a) Các thông số đặc trưng của bộ lọc (b) Ðộ gợn sóng của bộ lọc.

2.2 Các thông số cơ bản

- Bước sóng trung tâm: phải là bước sóng tuân theo tiêu chuẩn ITU-T

- Độ rộng băng thông (Pass Bandwidth): là độ rộng của hàm truyền đạt tại mứcsuy hao xen cách đỉnh 0,5 dB Trong một số trường hợp, người ta có thể xétbăng thông đi qua 1 dB, 3 dB Đặc tính này rất quan trọng vì laser trong trườnghợp không lý tưởng chỉ phát tín hiệu có bước sóng dao động nhất định so vớibước sóng trung tâm qui định theo chuẩn ITU-T

- Độ rộng băng chặn (Stop Bandwidth): là độ rộng của hàm truyền đạt tại mứcsuy hao xen cách đỉnh 20 dB Dải chặn của bộ lọc phải càng nhỏ càng tốt đểtránh hiện tượng xuyên nhiễu giữa các kênh

- Độ cách li (Isolation): để chỉ công suất của một kênh bước sóng xuyên nhiễusang các kênh bước sóng lân cận

- Độ gợn sóng (Ripple): là độ chênh lệch đỉnh – đỉnh trong phạm vi một kênhbước sóng

- Hệ số sử dụng băng thông BUF (Bandwidth-utilization Factor): là tỉ số của độrộng kênh truyền LW (Linewidth) của ánh sáng phản xạ tại một mức suy haoxác định Bộ lọc lí tưởng phải có BUF = 1 Trên thực tế, khi IL = -25 dB thìBUF = 0.4

Nếu bộ lọc thuộc loại có thể điều chỉnh bước sóng được, nó còn thêm các đặc tính nữanhư là:

Khoảng điều chỉnh bước sóng động: là khoảng bước sóng mà trong phạm vi hoạt độngcủa bộ lọc

Số kênh bước sóng có thể xử lý: là tỉ lệ khoảng điều chỉnh bước sóng động trên khoảngcách giữa các kênh bước sóng

Thời gian điều chỉnh: thời gian điều chỉnh giữa các kênh bước sóng hoạt động khácnhau.

Tỉ lệ nén biên SSR (Sidelobe Suppression Ratio): là khoảng cách giữa giá trị công suấtđỉnh so với giá trị công suất lớn nhất ở biên

Độ phân giải: là độ dịch bước sóng nhỏ nhất bộ lọc có thể nhận biết được

2.3 Cách tử

Cách tử dùng để mô tả các thiết bị mà hoạt động của nó dựa trên hiện tượng giao thoagiữa các tín hiệu quang xuất phát từ cùng một nguồn quang nhưng có độ lệch phatương đối với nhau Phân biệt với cách tử là vật chuẩn (etalon) là thiết bị ở đó nhiều tínhiệu quang được tạo ra nhờ một hốc cộng hưởng (single cavity) lặp lại các tia đi ngangqua nó Sóng ánh sáng có lan truyền theo hướng z với tần số góc là ω và hằng số pha là

β sẽ có độ dịch pha là (ωt-βz) Do đó độ dịch pha tương đối giữa hai sóng phát sinh từmột nguồn có thể được tạo ra bằng cách cho chúng truyền qua hai đường khác nhau

Trong WDM cách tử được dùng như là một bộ tách kênh để tách các bứơc sóng hoặcnhư là một bộ ghép kênh để kết hợp các bước sóng

Hình 4 là hai ví dụ về cách tử: trên mặt phẳng cách tử (grating plane), các khe (slit)được cách đều nhau Khoảng cách giữa hai khe kế cận gọi là pitch Do các khe nhỏ nêntheo hiệntượng nhiễu xạ (diffraction) ánh sáng truyền qua các khe này sẽ lan toả ra mọihướng Trên mặt phẳng ánh xạ (imaging plane) sẽ quang sát được hiện tượng giao thoacộng hưởng (constructive interference) và triệt tiêu các bước sóng tại các điểm khácnhau, cách tử này được gọi là cách tử nhiễu xạ (diffraction grating)

Hình 4 (a) là cách tử truyền dẫn (transmission gratings), (b) là cách tử phản xạ (reflection

gratings).

Hình 5 Nguyên tắc hoạt động của cách tử truyền dẫn Cách tử phản xạ hoạt động

Tương tự, sự chênh lệch độ dài giữa các tia khúc xạ tại góc θd với các khe kế cận là:d với các khe kế cận là:

AB − CD = a[sin(θd với các khe kế cận là:i) − sin(θd với các khe kế cận là:d)] Nguyên lý hoạt động: Theo hình ta có sự chênh độ dàigiữa các tia khúc xạ tại góc θd với các khe kế cận là:d với các khe kế cận là: AB − CD = a[sin(θd với các khe kế cận là:i) − sin(θd với các khe kế cận là:d)].Giao thoa xây dựng (constructive interference) xảy ra khi: a[sin(θd với các khe kế cận là:i)-sin(θd với các khe kế cận là:d)] = mλk (b) Bộ lọc có thể điều Vớim: bậc của cách tử Khi θd với các khe kế cận là:i=0 có thể viết lại như sau: asin(θd với các khe kế cận là:d) = mλk (b) Bộ lọc có thể điều Trên thực tế, nănglượng tập trung tại bậc 0 khi θd với các khe kế cận là:i= θd với các khe kế cận là:d đối với mọi bước sóng Năng lượng ánh sáng tạibậc 0 là vô ích vì các bước sóng không được tách rời Do đó cần thiết kế các cách tửkhác gọi là blazing

Hình 6 Cách tử blazing với góc blaze α Năng lượng của giao thoa tối đại tương ứng với

góc blaze là cực đại

2.4 Cách tử Bragg

- Ðịnh nghĩa: Cách tử Bragg được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin quang.Mọi sự biến đổi tuần hoàn trong môi trường truyền sóng (thường là biến đổi tuần hoànchiết suất môi trường) đều có thể hình thành cách tử Bragg

- Nguyên lý hoạt động: Xét hai sóng truyền theo hai chiều ngược nhau với hệ số pha làβ0, β1 Năng lượng của tín hiệu này được ghép sang tín hiệu kia nếu chúng thoả mãn

điều kiện về pha: 0 1

2 ( ) 2 

, 0là bước sóng ánh sáng tới và neff là

giá trị chiết suất hiệu dụng của sợi quang hoặc ống dẫn sóng (vật liệu làm cách tửBragg) Khi đó, điều kiện phản xạ được viết lại là: 0  2 neff

Công thức trên gọi là điều kiện Bragg Trong đó, 0 được gọi là sóng Bragg Hình 7(a) minh họa cơ chế hoạt động của phản xạ Bragg Ðó là một sợi quang hoạt động theo

cơ chế phản xạ Bragg Chiết suất tương đối của lõi sợi quang được làm biến đổi tuầnhoàn dọc theo chiều dài của sợi đóng vai trò như cách tử Bragg Sóng truyền trong sợiquang và nó được phản xạ lại theo mỗi chu kì cách tử Các sóng phản xạ sẽ cộng phavới nhau nếu bước sóng tuân theo điều kiện Bragg ta đã trình bày ở trên

Hình 7 (c) và (d) là độ rộng phổ công suất của sóng phản xạ đối với hai trường hợpcách tử: cách tử đồng nhất và cách tử giảm dần Cách tử giảm dần (apodized grating) làtrường hợp chế tạo chiết suất tương đối sao cho càng xa trung tâm cách tử, sự khác biệt

về chiết suất càng giảm Dùng cách tử giảm dần sẽ giảm được công suất của sóng phản

xạ lân cận, nhưng đổi lại phải chịu băng thông hoạt động tăng lên Theo đồ thị, ta cũng

thấy rằng càng xa bước sóng Bragg, phổ của sóng phản xạ càng giảm Có nghĩa là khihoạt động với các kênh bước sóng cách nhau một khoảng cách nhất định, chỉ có bướcsóng Bragg là phản xạ trở lại khi truyền qua cách tử Bragg, các bước sóng khác sẽtruyền đi xuyên qua.

Hình 7 (a) Cách tử Bragg trong sợi quang chiết suất đồng nhất (b) Cách tử Bragg trong sợi quang chiết suất giảm dần (c) Phổ công suất phản xạ của cách tử đồng nhất (d) Phổ công suất phản xạ của cách tử giảm dần Δ là độ rộng của dải thông và là khoảng cách giữa bước sóng đỉnh và điểm phản xạ tối tiểu đầu tiên trong trường hợp mặt cắt chiết suất đồng nhất Δ tỉ lệ nghịch với chiều dài cách tử Δλk (b) Bộ lọc có thể điều chỉnh là độ lệch bước sóng so với bước sóng

đồng pha

Ứng dụng của cách tử Bragg: Cách tử Bragg là nguyên lý cơ bản dùng trong công nghệchế tạo bộ lọc, bộ ghép xen/rớt quang, dùng để bù suy hao tán sắc Ứng dụng để chế

tạo bộ lọc có thể điều chỉnh quang-âm học Ngoài ra, đối với lĩnh vực khuyếch đạiquang, cách tử Bragg còn cho nhiều ứng dụngquan trọng như: ổn định độ lợi, cân bằng

độ lợi cho EDFA

2.5 Một sô bộ lọc quang thông dụng

2.5.1 Bộ lọc cách tử kiểu sợi quang

Cách tử Bragg kiểu sợi quang là một đoạn sợi quang nhạy với ánh sáng, được chế tạobằng cách dùng tia cực tím UV (Ultra-violet) chiếu vào để làm thay đổi một cách tuầnhoàn chiết suất bên trong lõi Sự thay đổi chiết suất trong lõi sợi chỉ cần rất nhỏ(khoảng 10-4) cũng đã đủ tạo ra cách tử Bragg Bộ lọc cách tử Bragg kiểu sợi quangđược phân làm hai loại: cách tử chu kì ngắn và cách tử chu kì dài Cách tử chu kì ngắn

có chu kì cách tử tương đương với bước sóng hoạt động (khoảng 5μm) Trong khi đóm) Trong khi đócách tử chu kì dài có chu kì cách tử lớn hơn nhiều lần so với bước sóng hoạt động(khoảng vài trăm 5μm) Trong khi đóm đến vài mm) Bộ lọc Bragg kiểu sợi quang cũng có thể là bộ lọc

cố định hoặc bộ lọc điều chỉnh được

2.5.2 Bộ lọc Fabry-Perot

Bộ lọc Fabry-Perot gồm một khoang được tạo bởi hai gương có hệ số phản xạ cao đặtsong song với nhau Ánh sáng đi vào gương thứ nhất, một phần đi qua gương thứ hai,phần còn lại được phản xạ qua lại giữa hai bề mặt của hai gương Bộ lọc dạng này gọi

là giao thoa kế (interferometer) hay vật chuẩn (etalon) Fabry-Ferot

2.5.3 Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF)

Bộ lọc màng mỏng TFF (Thin-film Filter) cũng là một dạng của giao thao kế Perot, trong đó các gương bao quang hốc cộng hượng được hiện thực bằng nhiều lớpmàng mỏng điện môi có thể phản xạ được Bộ lọc này là bộ lọc dải thông chỉ cho mộtbước sóng nhất định đi qua và phản xạ tất cả các bước sóng còn lại Bộ lọc đa khoangmàng mỏng điện môi (TFMF) gồm nhiều hốc cộng hưởng cách nhau bằng các màngmỏng điện môi phản xạ như minh họa trong hình 8 (a) Số hốc cộng hưởng càng nhiềuthì hàm truyền đạt công suất có đỉnh càng phẳng trong dải thông và có độ dốc càngđứng (hình 8)

Fabry-Hình 8 Bộ lọc đa khoang màng mỏng TFMF (Thin-film Multicavity Filter) (a) Cấu tạo bộ lọc gồm có 3 khoang cộng hưởng (b) Hàm truyền đạt công suất đối với các trường hợp

gồm: một, hai, ba khoang cộng hưởng.

2.5.4 Bộ lọc Mach-Zehnder

Bộ lọc Mach-Zehnder là một loại giao thoa kế Sóng đi vào bộ lọc được phân thànhnhiều đường khác nhau, sau đó cho giao thoa với nhau MZI thường được sản xuất dựa

trên các mạch tích hợp quang và thường gồm các couple 3 dB được nối với nhau bằngcác đường có các độ dài khác nhau (hình 9).

Hình 9 (a) Bộ lọc MZI được tạo thành bằng cách kết nối các couplers định hướng 3 dB.(b)

Sơ đồ khối của MZI Δl là độ lệch về đường đi giữa hai nhánh (c) Sơ đồ khối của MZI bốn

tầng sử dụng các bướ sóng khác nhau ở mỗi tầng.

2.5.5 Bộ lọc cách tử ống dẫn sóng sóng ma trận (AWG)

AWG là trường hợp tổng quát của bộ lọc giao thoa Mach-Zehnder (hình 1.27) Bộ lọcnày bao gồm hai bộ coupler nhiều cổng (multiport coupler) được kết nối với nhau bằngmột ma trận ống dẫn sóng (array of waveguides) AWG có thể được xem như là mộtthiết bị ở đó một tín hiệu được nhân bản lên thành một loạt các tín hiệu với các độ lệchpha tương đối khác nhau rộng được cộng lại với nhau AWG có thể được sử dụng như

là bộ ghép/tách kênh 1xn So với chuỗi MZI, AWG có tổn hao thấp, dải thông phẳng,

và dễ dàng được sản xuất dựa trên các mạch quang tổ hợp (integrated optic substrate).AWG còn có thể được sử dụng như là một bộ kết nối chéo bước sóng (wavelengthcrossconnect) Tuy nhiên bộ kết nối chéo trong trường hợp này không có khả năng tựđịnh tuyến (xem hình 10)

Hình 10.Cách tử ống dẫn sóng ma trận

Hình 11 Mẫu bộ kết nối chéo được tạo từ AWG

2.5.6 Bộ lọc quang – âm điều chỉnh được (AOTF)

Bộ lọc quang-âm AOTF (Acousto-Optic Tunable) là tiêu biểu cho họ thiết bị mà côngnghệ chế tạo kết hợp giữa âm thanh và ánh sáng Dùng sóng âm thanh để tạo cách tử

Bragg trong ống dẫn sóng, các cách tử này thực hiện chức năng lựa chọn bước sóng.Trong điều kiện công nghệ hiện tại, bộ lọc AOTF là một trong những thiết bị duy nhất

có khả năng điều chỉnh để lựa chọn nhiều bước sóng cùng một lúc Khả năng này giúpcho bộ lọc là linh kiện chủ chốt chế tạo các bộ kết nối chéo bước sóng

Hình 12 Một AOTF đơn giản.