Bài giảng Thông tin quang

BÀI GIẢNG: CƠ SỞ KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG TIN QUANG Tổng số tiết lý thuyết: 30 Tổng số tiết bài tập, thực hành: 30 Giảng viên biên soạn: ThS. Phan Đình Trung Đề cương bài giảng: Đề cương bài giảng: Bài 1. Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang: Lịch sử của hệ thống thông tin quang, sơ đồ khối của hệ thống và chức năng của các khối trong hệ thống. Bài 2. Sợi quang: Tìm hiểu về cấu tạo của sợi quang, nguyên lý truyền ánh sáng trong sợi quang và các yếu tố ảnh hưởng đến sợi quang… Bài 3. Bộ phát quang: Tìm hiểu về các linh kiện phát quang trong một bộ phát quang, cấu tạo và nguyên lý phát quang… Bài 4. Bộ thu quang: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý của một bộ thu quang, các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu thu được và biện pháp khắc phục… Bài 5. Hệ thống thông tin quang: Tìm hiểu về thông tin quang cơ bản, các phương pháp xác định đến sự suy hao, tán xạ…

BÀI GIẢNG: CƠ SỞ KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG TIN QUANG

Tổng số tiết lý thuyết: 30

Tổng số tiết bài tập, thực hành: 30

Giảng viên biên soạn: ThS Phan Đình Trung

Đề cương bài giảng:

Đề cương bài giảng:

Bài 1 Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang: Lịch sử của hệ thống thông tin

quang, sơ đồ khối của hệ thống và chức năng của các khối trong hệ thống

Bài 2 Sợi quang: Tìm hiểu về cấu tạo của sợi quang, nguyên lý truyền ánh sáng

trong sợi quang và các yếu tố ảnh hưởng đến sợi quang…

Bài 3 Bộ phát quang: Tìm hiểu về các linh kiện phát quang trong một bộ phát

quang, cấu tạo và nguyên lý phát quang…

Bài 4 Bộ thu quang: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý của một bộ thu quang, các

yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu thu được và biện pháp khắc phục…

Bài 5 Hệ thống thông tin quang: Tìm hiểu về thông tin quang cơ bản, các

phương pháp xác định đến sự suy hao, tán xạ…

BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG 1.1 Lịch sử phát triển hệ thống thông tin quang.

Các phương tiện sơ khai của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người vềchuyển động, hình dáng và màu sắc của sự vật thông qua đôi mắt Tiếp đó, một hệ thốngthông tin điều chế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng, các đèn hiệu.Năm 1960 phát minh ra laser rắn và sau đó 1973-1977 chế tạo được laser bán dẫn vàLED tạo ra nguồn phát quang cho tia hẹp, điện áp nguồn nuôi thấp, công suất và dải sóngđáp ứng phù hợp làm nguồn phát ánh sáng cho thông tin quang sợi

Năm 1967 sản xuất sợi quang có tiêu hao lớn α= 1000 dB/km

Năm 1970 hãng Corming Glass Works (Mỹ) sản xuất thành công sợi quang thạch anh

có tiêu hao đạt α= 20dB/km tương đương với tiêu hao của cáp đồng trục Mở ra khả năngdùng sợi quang làm môi trường truyền dẫn ánh sáng trở thành hiện thực

Năm 1971,VC Chape phát minh ra điện máy phát quang Thiết bị này sử dụng khíquyển như là một môi trường truyền dẫn và do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện thờitiết Để giải quyết hạn chế này, Marconi đã sáng chế ra máy điện báo vô tuyến có khảnăng thực hiện thông tin giữa những người gửi và người nhận ở xa nhau

Năm 1978 ra đời hệ thống thông tin quang thương mại thế hệ 1 làm việc ở bước sóngλ=0,78μm, dùng sợi đa mode chiều dài khoảng lặp L= 12km, tốc độ bit 90Mb/s

Năm 1979 đến nay đã sản xuất được các loại sợi quang có tiêu hao thấp đạtα=0,2dB/km

Đầu năm 1980, A.G.Bell- người phát minh ra hệ thống điện thoại đã nghĩ ra một thiết

bị quang thoại có khả năng biến đổi dao động của máy hát thành ánh sáng Tuy nhiên, sựphát triển tiếp theo của hệ thống này đã bị bỏ rơi do sự xuất hiện của hệ thống vô tuyến.Năm 1987 hệ thống thông tin quang sợi thế hệ thứ 2 ra đời làm việc với λ = 1,3μm,dùng sợi quang đơn mode tốc độ bit 1,7Gb/s, cự ly khoảng lặp L= 45km

Năm 1990 hệ thống thông tin quang sợi thương mại thế hệ thứ 3 ra đời làm việc với λ

=1,55μm, dùng sợi đơn mode tốc độ bit 2,5Gb/s, cự ly khoảng lặp L= 100km

Từ năm 1995-2000 hệ thống thông tin quang thương mại thứ 4 được đưa vào sửdụng Đó là hệ thống thông tin quang coherent và sử dụng công nghệ WDM kết hợp với

bộ khuếch đại quang EDFA tạo nên các tuyến thông tin quang dung lượng rất lớn và tốc

độ cao từ vài chục đến hàng trăm Gb/s

Có thể nói thông tin quang được bắt đầu bằng sự phát minh thành công của Lasernăm 1960 Hơn nữa trong những năm 70 Laser bán dẫn có khả năng thực hiện dao độngliên tục ở nhiệt độ khai thác đã được chế tạo Tuổi thọ của nó được ước lượng khoảng hơn

100 năm Dựa trên các công nghệ sợi quang và Laser bán dẫn giờ đây đã có thể gửi mộtkhối lượng lớn các tín hiệu âm thanh/dữ liệu đến các địa điểm cách xa hàng 100km bằng

Thiết bịđầu cuối phát quang

Trạm lặp

Thiết bịđầu cuối thu quangTín hiệu

một sợi quang có độ dày như một sợi tóc, không cần đến các bộ tái tạo Hiện nay, cáchoạt động nghiên cứu nghiêm chỉnh đang được tiến hành trong lĩnh vực được gọi làPhoton học-một lĩnh vực tối quan trọng đối với tất cả các hệ thống thông tin quang, cókhả năng phát hiện, xử lý, trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng phương tiện ánh sáng

1.2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin quang

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống thông tin quang

1.2.1 Chức năng các khối

Hệ thống thông tin quang bao gồm các khối:

- Khối dồn kênh /tách kênh (MUX/DEMUX) nhằm ghép các luồng tín hiệu có tốc

độ thấp (2Mbit/s, 4Mbit/s, 140Mbit/s, 158Mbit/s….) thành luồng tín hiệu có tốc độ caohơn và ngược lại;

- Khối phát có mạch điều khiển, nguồn quang thực hiện việc điều biến các tín hiệuđiện thành các tín hiệu quang để truyền thông qua cáp sợi quang;

- Cáp sợi quang có nhiệm vụ truyền dẫn tín hiệu ánh sang;

- Trạm lặp (Reqeater) hoặc bộ khuếch đại quang đối vớii tuyến có cự ly dài;

- Khối thu quang gồm có photodiode để chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện,khối khuyếch đại và khôi phục tín hiệu

1.2.2 Các tham số cơ bản của hệ thống thông tin quang

Các tham số cơ bản của hệ thống thông tin quang gồm có:

- Cự ly tuyến truyền dẫn L (km), tốc độ bit B (Mbit/s);

- Tỉ số tín trên tap điện S/N (SRN) hay quang OSNR;

- Tỉ số lỗi bit BER ();

- Độ rộng băng tần điện BW (MHz) hay quang BWo (MHz);

- Đối với sợi quang: hệ số suy giảm riêng (dB/km), độ mở số NA, tích cự ly và tốc

Bài 2: SỢI QUANG 2.1 Cấu trúc và phân loại sợi quang

2.1.1 Cấu tạo cáp sợi quang

Sợi quang có cấu tạo hình trụ, gồm hai lớp chính từ chất điện môi đồng tâm nhau.Lớp trong gọi là lớp lõi (core), lớp ngoài là lớp vỏ (clading) Ngoài ra còn có lớp bảo vệ

và vỏ bọc bên ngoài

Chất điện môi chủ yếu để chế tạo sợi quang phổ biến là thủy tinh thạch anh (SiO)hoặc chất dẻo tổng hợp Sợi quang thủy tinh thạch anh có tiêu hao thấp và đường kínhnhỏ nên giá thành cao, còn sợi quang làm bằng chất dẻo có đường kính lớn hơn và tiêuhao lớn hơn, giá thành thấp

Chiết suất của lõi sợi quang là n1 lớn hơn chiết suất của vỏ sợi quang n2 Lớpclading là thủy tinh hay plastic, có nhiệm vụ bảo vệ cho ánh sáng truyền lại lõi Lớp vỏbọc và bảo vệ bên ngoài là lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core và cladding không bị bụi

ẩm và trầy xước Lớp vỏ bảo vệ bên ngoài có ba lớp chính là vỏ bảo vệ bên ngoài, lớp áogiáp và lớp chịu lực

2.1.2 Phân loại sợi quang

Có nhiều cách phân loại sợi quang như phân loại theo vật liệu chế tạo, phân loạitheo phân bố chiết suất, phân loại theo mode lan truyền

Phân loại theo vật liệu chế tạo gồm có sợi quang thạch anh, sợi quang làm bằngthủy tinh hỗn hợp và sợi quang làm bằng chất dẻo

Phân loại theo phân bố chiết suất có sợi quang chiết suất nhảy bậc SI (Step Index),sợi quang chiết suất biến đổi Gradien GI (Gradex Index)

Theo mode lan truyền: có sợi quang đơn mode (single mode), sợi quang đa mode(multi mode)

Phổ biến nhất người ta phân loại sợi quang theo lan truyền kết hợp với phân bố chiết suất.Theo đó người ta phân sợi quang thành3 loại sau:

- Sợi quang đa mode chiết suất bậc nhảy MM_SI Chiết suất của lớp vỏ lõi là n1 và lớp

vỏ là n2 đều là hằng số nhưng khác nhau, trong sợi có thể truyền đồng thời nhiều loạimode sóng (nhiều tia sóng) khác nhau với hằng số truyền riêng của mỗi mode Với sợilàm bằng thủy tinh thạch anh thì chiết suất n1=1,5; n2=1,48

- Sợi quang đa mode chiết suất biến đổi Gradien MM_GI Lõi sợi có chiết suất phân bốbiến đổi là hàm số theo bán kính của lõi, với giá trị lớn nhất tại tâm là n1 và giảm dầntheo bán kính đến giá trị n2, còn vỏ sợi có chiết suất cố định là n2

tia tới tia phản xạ

tia phản xạ 2

Hình 2.1a- Hiện tượng

khúc xạ và phản xạ Hình 2.1b- Hiện tượng phản xạ toàn phần

Đường kính vỏ bảo

Bảng 2.1 Bảng kích thước hình học và độ chênh chiết suất ∆ của một số loại sợi quang

chế tạo từ thủy tinh thạch anh

2.2 Mô tả quang hình quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang

2.2.1 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

Khi cho một tia sáng từ môi trường có chiết suất n1 sang môi trường có chiết suất

n2 Tia sáng hợp với pháp tuyến p của mặt phân cách giữa hai môi trường một góc  (góctới) khi sang môi trường có chiết suất n2 tia sáng bị khúc xạ và hợp với pháp tuyến p mộtgóc khúc xạ  Theo định luật khúc xạ ta có quan hệ của góc  và  các chiết suất n1 và

n2 tuân theo phương trình:

n1 n

r

Lớp bọc (clading) n2

Lõi (core) n1 Lớp bọc (clading) n2

Hình 2.2- Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang

n2

n1 n2 0c=900

2 3

3 2

max

1

Hình 2.3- Đường truyền của các tia sáng với góc tới khác nhau

A

- Nếu n1< n2 thì >: tia khúc xạ gẫy về phía gần pháp tuyến;

- Nếu n1> n2 thì <: tia khúc xạ gẫy về phía xa pháp tuyến;

- Trường hợp n1> n2 nếu tăng  thì  tăng theo và  luôn lớn hơn  khi =900, tức

là tia khúc xạ song song với mặt tiếp giác thì góc  được gọi là góc tới hạn 0 Lúc nàykhông còn hiện tượng khúc xạ nữa, chỉ còn tia phản xạ, hiện tượng này gọi là phản xạ toàn phần.Dựa vào định luật khúc xạ (công thức snell) với  = 900 ta tính được góc tới hạn c

ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang được chế tạo gồm 1 lõi (core) bằngthuỷ tinh có chiết suất n1 và lớp bọc (clading) bằng thuỷ tinh có suất n2 và n1> n2 ánhsáng trong lõi sợi quang sẽ được phản xạ toàn phần trên mặt tiếp giáp giữa lõi và lớp bọc

Do đó ánh sáng có thể truyền được trong sợi với cự ly dài

2.2.2 Khẩu độ số (Nunmerical Aperture)

1 n

r

Xung vào

Xung ra

Hình 2.4a- Sợi quang đa mode có chiết suất bậc

Xung ra

Sự phản xạ toàn phần trong lợi quang chỉ xảy ra đối với những tia sáng có góc tới

ở đầu sợi nhỏ hơn góc giới hạn max Sin của góc giới hạn này gọi là khẩu độ số Ký hiệu là NA:

NA = sinmax

Tại điểm A đối với tia 2: áp dụng công thức Snell:

n0sinmax = n1s(900 = c)

mà chiết xuất của không khí n0=1

1.sinmax = n1 sinc = n1

NA=sinmax==0,21 suy ra max=120

Từ công thức tính sinmax= ta thấy giá trị cực đại max được gọi là góc đón ánh sáng củasợi quang: góc này chỉ phụ thuộc vào chiết suất giữa lớp lõi và lớp bọc

2.2.3 Các dạng phân bố chiết suất trong sợi quang loại đa mode và đơn mode

Một mode truyền sáng là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng, trong sợi khitruyền trong sợi ánh sáng đi theo nhiều đường, trạng thái ổn định này gọi là những mode

Có thể hình dung gần đúng một mode ứng với 1 tia sáng

Khi sợi quang mà có nhiều tia sáng có các góc khác nhau đi qua do vậy chúng được gọi

là sợi quang đa mode (MM) Multi - Mode

Sợi quang đa mode có chiết suất bậc (SI):

Là loại sợi có cấu tạo đơn giản nhất với chiết suất của lõi và lớp bọc khác nhau rõrệt như hình bậc thang

có tốc độ cao qua cự ly dài được Đây là nhược điểm mà ta có thể khắc phục trong loạisợi có chiết suất giảm dần.

Sợi quang đa mode chiết suất giảm dần (GI):

Để giảm độ sai lệch về thời gian của loại sợi đa mode chỉ số chiết suất bậc loại sợi

đa mode chiết suất giảm dần có hệ số khúc xạ lớn nhất tại lõi của nó và có độ khúc xạnhỏ hơn về phía lớp bọc sợi quang Điều này có nghĩa là sự phân bố hệ số khúc xạ cóhình chuông Khi đó các tia sáng đi thẳng trong sợi, do có hệ số khúc xạ lớn nhất nên vậntốc lan truyền là nhỏ nhất, vì vận tốc ánh sáng lan truyền phụ thuộc vào hệ số chiết suất: V = c/n.Những tia sáng bị uốn cong ra phía vỏ có hệ số chiết suất nhỏ hơn nên vận tốc lớn hơn.Như vậy đã làm giảm thời gian trễ giữa các tia Vì vậy có thể truyền một lượng thông tin(MHz-km) gấp nhiều lần so với loại sợi đa mode chiết suất bậc

Sợi có đường kính lõi 50m và đường kính có 125m (50/125) và NA nhỏ (0,18đến 0,24) loại này đã được sử dụng rộng rãi trong mạng viễn thông và được CCITT tiêuchuẩn hoá

Sợi đơn mode(SM):

1 1

2

Hình 2.5 So sánh tia dài nhất và ngắn nhất trong sợi đa mode

Khi đường kính lõi giảm xuống và độ sai lệch về hệ số khúc xạ giữa lớp lõi và lớpbọc giảm đi như hình 2.4.c thì chỉ còn các tia sáng thẳng mới có thể lan truyền được đâychính là sợi quang đơn mode Ưu điểm của sợi đơn mode là băng tần lớn hơn do không

có tán sắc mode Nhân tố ảnh hưởng chủ yếu đến băng tần của sợi đơn mode là tán sắcthể tán sắc này có giá trị 0 tại vùng lân cận của bước sóng 1,3m Vì vậy khi các nguồnquang phát ra xung ánh sang  tại một nửa biên độ hẹp thì độ rộng băng tần tổng củasợi đơn mode lớn gấp 3 lần trở lên so với bề rộng băng tần của sợi đa mode Graded Sợiđơn mode có đường kính lõi là 9-10m đường kính vỏ 125m và NA khoảng 0,11 đãđược CCITT chuẩn hoá

2.3 Tán sắc trong sợi quang

2.3.1 Hiện tượng nguyên nhân và ảnh hưởng

Khi truyền dẫn các tín hiệu digital qua sợi quang xuất hiện hiện tượng dãn rộngcác xung ánh sáng ở đầu thu, thậm chí trong một số trường hợp các xung lân cận đè lênnhau, khi đó không phân biệt được các xung với nhau nữa, gây méo tín hiệu khi tái sinh.Hiện tượng dãn xung được gọi là hiện tượng tán xạ Nguyên nhân chính của hiện tượngnày là trong sợi quang tồn tại các thời gian khác nhau cho các thành phần ánh sáng phát đi đồng thời

Tán xạ có ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn như sau:

- Khi truyền tín hiệu digital, trong miền thời gian nó gây ra sự dãn rộng xung ánh sáng

- Khi truyền tín hiệu analog thì ở đầu thu biên độ bị giảm nhỏ và có hiện tượngdịch pha, độ rộng băng truyền dẫn của sợi bị giảm nhỏ

2.3.2 Tán sắc mode

Hiện tượng này chỉ xuất hiện ở loại sợi đa mode Các thành phần ánh sáng lantruyền nhờ các mode riêng rẽ với thời gian khác nhau, nên có sự chênh lệch về thời gian,sinh ra méo xung ở đầu thu

Thời gian truyền chênh lệch giữa tia dài nhất và tia ngắn nhất được tính như sau:

Tia 1: tia dài nhất có độ dài d1=L/cos1

Tia 2: tia ngắn nhất có độ dài d2=L

+ Thời gian truyền của tia 1:

Với V=C/n1 là vận tốc ánh sáng trong lõi sợi

Mà cos1=sinc=

Nên t1=

+ Thời gian truyền của tia 2:

+ Thời gian chênh lệch giữa hai đường truyền:

Thời gian chênh lệch trên mỗi km sợi chính là độ trải xung do tán sắc mode:

Ví dụ: Với sợi chiết suất nhảy bậc (SI) có n1=1,458 và D=1% độ tán sắc mode là:

Đối với sợi chiết suất giảm dần (GI) độ trải xung do tán sắc mode nhỏ hơn so với sợi cóchiết suất nhẩy bậc (SI):

Độ dải xung quan mỗi km sợi hay độ tán sắc mode:

Ví dụ: sợi GI với n1=1,458 và =1% có độ tán sắc mode là:

dmode=0,061 ns/kmNhư vậy tán sắc mode phụ thuộc vào dạng phân bố chiết suất của sợi quang

2.3.3 Tán sắc sắc thể

Vì ánh sáng do các nguồn sáng như laser hay diot phát quang tạo ra có độ rộngbước sóng hữu hạn không giống ánh sáng đơn sắc lý tưởng Tán sắc thể gồm tán sắc chấtliệu và tán sắc ống dẫn sóng

2.3.3.1 Tán sắc chất liệu

Chiết suất của thuỷ tinh thay đổi theo bước sóng, nên vân tốc truyền của ánh sáng

có bước sóng khác nhau cũng khác nhau Đó là nguyên nhân gây nên tán sắc chất liệu.tán sắc chất liệu được xác định:

Trong đó: : là bước sóng;

C: là vận tốc ánh sáng trong chân không;

n(): là chiết suất của lõi sợi

ở bước sóng 850nm thì M khoảng 90->120ps/nm.km nếu sử dụng nguồn quang là LED

có bề rộng phổ = 50nm thì độ rộng xugn khi truyền qua mỗi km là:

Dmatt = M x 

Dmatt = 100ps/nm km x50nm = 5ns/kmCòn nếu nguồn quang nguồn quang là laser diode có  = 3nm thì độ nới rộng xung chỉkhonảg 0,3ns/km

Ở bước sóng 1,3m tán sắc chất liệu bằng tán sắc ống dẫn sóng, nhưng ngược dấu nêntán sắc sắc thể  0 Do đó bước sóng này thường được chọn cho các đường truyến tốc độcao ở bước sóng 1550nm độ tán sắc chất liệu khoảng 20ps/nm.km

2.3.3.2 Tán sắc ống dẫn sóng

Với các bước sóng khac nhau gây ra sự phân bố năng lượng trong sợi quang làkhác nhau Sự phân bố này gây nên sự tán sắc ống dẫn sóng Tán sắc ống dẫn sóng rấtnhỏ chỉ đáng chú ý với sợi đơn mode

2.3.3.3 Độ tán sắc tổng cộng

Độ tán sắc tổng cộng được tính theo công thức:

Trong đó:

Dt: độ tán sắc tổng cộng (nếu là sợi đa mode);

Dmod: độ tán sắc mode (chỉ có trong sợi đơn mode);

Dchr: độ tán sắc thể (tán sắc tổng cộng trong sợi đơn mode-Dchramatic);

Dmat: độ tán sắc chất liệu-Dwaterial;

Dwg: độ tán sắc ống dẫn sóng-Dwavequide

2.3.3.4 Dải thông sợi quang

Dải thông BSC là tần số điều chế mà tại đó công suất quang giảm đi 50% Nói một cáchtổng quát dải thông sợi quang tỷ lệ nghịch với độ tán sắc tổng cộng:

Với B là dải thông đơn vị là GHz; Dt là tán sắc tổng cộng đơn vị là người sử dụng

Vì tán sắc phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng nên dải thông cũng thay đổi theo bước sóng

2.4 Suy hao

Suy hao trong sợi quang là một trong những thông số quan trọng của đường truyềndẫn Để xác định tốc độ truyền dẫn và khoảng cách lập trạm lặp của hệ thống thông tinsợi quang, có hai tham số phải nghiên cứu đó là suy hao quang và độ rộng băng tầntruyền dẫn Độ suy hao quang để xác định suy hao công suất ánh sáng lan truyền trongsợi quang Nếu suy hao nhỏ hơn thì cho phép khoảng cách truyền dẫn tín hiệu lớn hơn.Suy hao quang có thể tạm chia thành hai loại, thứ nhất là suy hao thuần tuý sợi quang,thứ hai là suy hao phụ khi lắp đặt và vận hành hệ thống Bao gồm suy hoa hấp thụ, suyhao tán xạ Rayleight suy hoa tán sắc do không đồng nhất cấu trúc Suy hao trong quátrình vận hành mạng bao gồm suy hao uốn cong, suy hoa hàn nối và suy hao ghép nối củacáp sợi quang và các linh kiện thu và phát quang

Độ suy hao của sợi được tính:

A(dB)=10lgTrong đó P1=P(0) công suất đưa vào đầu sợi;

P2=P(L) công suất ở cuối sợi

Hệ số suy hao trung bình:

2.4.1 Suy hao do hấp thụ

Sự hấp thụ ánh sáng do các yếu tố như: cấu trúc nguyên tử của vật liệu sợi quangsilic dĩoyt không hoàn chỉnh, các nguyên tử của vật liệu không tinh khiết (hấp thụ) và cácnguyên tử tạo nên vật liệu sợi quang (tự hấp thụ) Suy hao do cấu trúc nguyên tử cókhuyết tật gây ra có thể bỏ qua, nhưng sự không tinh khiết của sợi quang là nguyên nhânchủ yếu của suy hao do các tạp chất kim loại như đồng (Cu), sắt (Fe), cacbon (CO) và độ ẩm

Độ ẩm là một trong những nguyên nhân gây suy hao sợi quang Sự có mặt của cácion OH trong sợi quang cũng tạo ra độ suy hao hấp thụ đáng kể Đặc biệt độ hấp thụ tăngvọt ở các bước sóng gần 950nm, 1240nm và 1400nm.

Sự hấp thụ do vật liệu là do dao động của các tia hồng ngoại và tia cực tím gây ra,

nó không thành vấn đề tại bước sóng gữa 0,8m và 1,7m

2.4.2 Suy hao do tán xạ.

Tán xạ Rayleight là 1 hiện tượng mà ánh sáng bị tán xạ theo các hướng khác nhaukhi nó gặp phải một vật nhỏ có kích thước không quá lớn so với bước sóng của ánh sáng.Tiêu hao tán xạ Rayleight xuất hiện do ảnh hưởng của các chỗ không đồng nhất còn sótlại trong giai đoạn làm nguội sợi, trong quá trình nóng chẩy thuỷ tinh để kéo thành sợi.ảnh hưởng của nó phụ thuộc vào công nghệ chế tạo và vật liệu chế tạo sợi Kích thướccác chỗ không đồng nhất nhỏ hơn bước sóng ánh sáng vùng hồng ngoại Độ suy hao củatán xạ rayleight giảm nhanh về phía có bước sóng dài nó có ảnh hưởng đáng kể ở bưócsóng nhỏ Ngoài ra mặt phân cách giữa lớp bọc và lớp lõi không hoàn hảo cũng gây ratán xạ

2.4.3 Suy hao tán xạ do cấu trúc sợi quang không đồng nhất

Các sợi quang thực tế không thể có tiết diện mặt cắt ngang tròn lý tưởng và cấutrúc hình trục đều dọc suốt vỏ và lõi sợi Tại bề mặt biên giữa lõi và vỏ sợi đổi chỗ có sự

gồ ghề và nhẵn Những chỗ gồ ghề như vậy trên bề mặt biên gây lên ánh sáng tán xạ vàmột vài chỗ phát xạ ánh sáng ra ngoài Những chỗ không bằng phẳng này gây nên suyhao quang nó làm tăng suy hao quang Bởi vì có các phản xạ bất bình thường đối với ánhsáng lan truy Loại suy hao này người ta gọi chúng là suy hao do cấu trúc không đồngnhất của sợi quang

2.4.4 Suy hao bức xạ gây nên do bị uốn cong

Các suy hao bức xạ gây lên do bị uốn cong các suy hao sinh ra khi sợi bị uốn congvới một sợi quang bị uốn cong, các tia ánh sáng có các góc tới vượt quá góc giới hạn bịphát xạ ra ngoài vỏ gây nên suy hao Bởi vậy trong việc thiết kế tuyến thông tin sợiquang phải chú ý đến việc giữ bán kính cong lớn

2.4.5 Suy hao vi cong

Khi sợi quang chịu những lực nén không đồng nhất thì trục của sợi quang bị uốncong đi 1 lượng nhỏ, làm tăng suy hao sợi quang Suy hao này gọi là suy hao cong vilượng Do đó khi sản xuất người ta chú ý để cấu trúc sợi có bảo vệ chống các áp lực tácđộng từ bên ngoài

2.4.6 Suy hao do hàn nối

Nếu lõi của hai sợi không gắn được với nhau thật hoàn hảo và đồng nhất thì mộtphần của ánh sáng đi ra khỏi sợi này sẽ không vào sợi kia hoàn toàn và bị phát xạ ra

Hình 2.8 Các đặc tính suy hao theo bước sóng của sợi quang

ngoài gây nên suy hao Nguyên nhân chính của suy hao này là việc không dòng đồng trụchai sợi trên hình 2.5 do vậy tạo nên suy hao rất lớn Nếu có 1 khe nhỏ tồn tại tại chỗ nốithì chính khe này tạo nên suy hao phản xạ

2.4.7 Suy hao ghép nối sợi quang giữa sợi và các linh kiện thu, phát quang

Điều kiện để ghép ánh sáng từ linh kiện phát quang vào sợi quang được xác định bằngkhẩu độ số NA, khi ghép nối vào sợi quang thì Laser có các đặc điểm về suy hao tốt hơnngay cả khi sử dụng thấu kính để tập trung chùm sáng

2.4.8 Đặc tuyến suy hao

Với mong muốn suy hao càng thấp càng tốt, hiện nay đã chế tạo được loại sợiquang mà đặc tuyến suy hao của nó gồm ba bước sóng có suy hao thấp (gọi là 3 cửa sổsuy hao)

+ Cửa sổ thứ nhất ở bước sóng 850nm với mức suy hao trung bình ở bước sóngnày từ 2 ->3dB/km Độ suy hao này chưa phải là thấp nên ngày nay bước sóng 850nm ítđược dùng.

+ Cửa sổ thứ hai 1300nm: suy hao ở bước sóng này bé hơn nhiều so với suy hao ởbước sóng 850nm Độ suy hao đạt từ 0,4->0,5dB/km Cộng thêm độ tán sắc rất thấp nênbước sóng này được sử dụng rộng rãi

+ Cửa sổ thứ ba ở bước sóng 1550nm: cho đến nay bước sóng này có suy hao thấp

có thể đến 0,2dB/km Nhưng với sợi quang này có độ tán sắc cao hơn so với bước sóng1300nm Tuy nhiên nhược điểm này đã được khắc phục vì hiện nay có loại sợi quang códạng phân bố chiết suất đặc biệt làm giảm tán sắc ở bước sóng 1500nm

2.5 Hiệu ứng phi tuyến

Hiệu ứng quang được gọi là phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vàocường độ ánh sáng (công suất) Các hiện tượng phi tuyến có thể bỏ qua đối với các hệthống thông tin quang hoạt động ở mức công suất vừa phải (vài mW) với tốc độ bit lênđến 2.5 Gbps Tuy nhiên, ở ốc độ bit cao hơn như 10 Gbps và cao hơn và/hay ở mức côngsuất truyền dẫn lớn, việc xét các hiệu ứng phi tuyến là rất quan trọng Trong các hệ thốngWDM, các hiệu ứng phi tuyến có thể trở nên quan trọng thậm chí ở công suất và tốc độbit vừa phải Các hiệu ứng phi tuyến có thể chia ra làm hai loại Loại thứ nhất phát sinh

do tác động qua lại giữa các sóng ánh sáng với các phonon (rung động phân tử) trong môitrường silica- một trong nhiều loại hiệu ứng tán xạ mà chúng ta đã xem xét là tán xạRayleigh Hai hiệu ứng chính trong loại này là tán xạ do kích thích Brillouin (SBS) và tán

xạ do kích thích Raman (SRS) Loại thứ hai sinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất vàocường độ điện trường hoạt động, tỉ lệ với bình phương biên độ điện trường Các hiệu ứngphi tuyến quan trọng trong loại này là hiệu ứng tự điều pha (SPM - Self-PhaseModulation), hiệu ứng điều chế xuyên pha (CPM - CrossPhase Modulation) và hiệu ứngtrộn bốn bước sóng (FWM - Four-Wave Mixing) Loại hiệu ứng này được gọi là hiệu ứngKerr Trong các hiệu ứng tán xạ phi tuyến, năng lượng từ một sóng ánh sáng được chuyểnsang một sóng ánh sáng khác có bước sóng dài hơn (hoặc năng lượng thấp hơn) Nănglượng mất đi bị hấp thụ bởi các dao động phân tử hoặc các phonon (loại phonon liên quanđến sự khác nhau giữa SBS và SRS) Sóng thứ hai được gọi là sóng Stokes Sóng thứnhất có thể gọi là sóng bơm (Pump) gây ra sự khuếch đại sóng Stokes Khi sóng bơmtruyền trong sợi quang, nó bị mất năng lượng và sóng Stokes nhận thêm năng lượng.Trong trường hợp SBS, sóng bơm là sóng tín hiệu và sóng Stokes là sóng không mongmuốn được tạo ra do quá trình tán xạ Trong trường hợp SRS, sóng bơm là sóng có nănglượng cao và sóng Stokes là sóng tín hiệu được khuếch đại từ sóng bơm

Nói chung, các hiệu ứng tán xạ được đặc trưng bởi hệ số độ lợi g, được đo bằngm/w (meters per watt) và độ rộng phổ Δf (đối với độ lợi tương ứng) và công suất ngưỡngPth của ánh sáng tới - mức công suất mà tại đó suy hao do tán xạ là 3 dB, tức là một nửacông suất trên toàn bộ độ dài sợi quang Hệ số độ lợi là một đại lượng chỉ cường độ củahiệu ứng phi tuyến Trong trường hợp tự điều pha SPM, các xung truyền bị hiện tượngchirp (tần sốxung truyền đi thay đổi theo thời gian) Ðiều này làm cho hệsốchirp (chirpedfactor) trởnên đáng kể ởcác mức năng lượng cao Sựcó mặt của hiện tượng chirp làm chohiệu ứng giãn xung do tán sắc màu tăng lên Do vậy, chirp xảy ra do SPM (SPM inducedchirp) có thể gây tăng độ giãn xung do tán sắc màu trong hệ thống Ðối với các hệ thốngtốc độ bit cao, chirp do SPM có thể làm tăng một cách đáng kể độ giãn xung do tán sắcmàu thậm chí ở các mức công suất vừa phải Ảnh hưởng của SPM không chỉ phụ thuộcvào dấu tham số GVD (Group Velocity Dispersion) mà còn phụ thuộc vào chiều dài của

hệ thống Trong hệ thống WDM đa kênh, chirp xảy ra trong một kênh phụ thuộc vào sựthay đổi chiết suất theo cường độ của các kênh khác Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứngđiều chế xuyên pha (CPM - Cross-Phase Modulation) Khi xem xét hiện tượng chirptrong một kênh do sự thay đổi chiết suất theo cường độ của chính kênh đó, ta gọi là hiệuứng này SPM Trong các hệ thống WDM, một hiệu ứng quan trọng khác đó là hiệu ứngtrộn bốn bước sóng Nếu hệ thống WDM bao gồm các tần sốf1, f2, …, fn, hiệu ứng trộnbốn bước sóng sinh ra các tín hiệu tại các tần số như là 2fi- fj, và fi+ fj- fk Các tín hiệumới này gây ra xuyên kênh (crosstalk) với các tín hiệu có sẵn hệ thống Xuyên kênh nàyảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng khi khoảng cách giữa các kênh hẹp Việc giảm tán sắcmàu làm tăng xuyên kênh gây ra bởi hiệu ứng trộn bốn bước sóng Vì vậy, hệ thống sửdụng sợi quang dịch chuyển tán sắc chịu ảnh hưởng của hiệu ứng trộn bốn bước sóngnhiều hơn là hệ thống sử dụng sợi đơn mốt Tuy nhiên hiện tượng này có thể loại bỏ nếuduy trì một ít tán sắc màu trong sợi quang Nhìn chung các ảnh hưởng của các hiệu ứngphi tuyến giảm đi khi sử dụng sợi quang có diện tích lõi hiệu dụng lớn

2.6 Một số loại sợi quang mới

- Sợi SI-MM: truyền dẫn nhiều mode, tán sắc mode và tán sắc vật liệu lớn, độ rộngbăng thông nhỏ, có tích số B.L nhỏ ( khoảng 10 ÷ 20 Mb/s-Km ) Vì vậy nó sử dụngtrong các hệ thống truyền dẫn tốc độ nhỏ, cự ly ngắn

- Sợi GI-MM: có tán sắc mode nhỏ, tán sắc vật liệu bằng 0 tại λ = 1,3µm, độ rộngbăng truyền lớn hơn sợi SI-MM, có tích số B.L lớn ( khoảng 2000 Mb/s-Km ) Dùngtrong hệ thống truyền dẫn tốc độ trung bình, cự ly trung bình cho cả hai bước sóng0,85μm và 1,3µm

- Sợi SI-MM: không tán sắc mode, chủ yếu là tán sắc vật liệu và cấu trúc Ở bướcsóng lớn hơn 1μm thì sợi làm việc ở chế đọ đơn mode Sợi có tán sắc và suy hao rất nhỏ ,

băng truyền lớn, tích B.L đạt hàng trăm ( Gb/s-Km).Tại λ =1,55μm sợi có suy hao rấtnhỏ, thường được chế tạo có tán sắc dịch chuyển để sợi có tán sắc bằng 0 ở λ = 1,55µm.Được sử dụng cho truyền dẫn đường dài, tốc độ lớn Nếu sử dụng laze đơn mode thì tánsắc rất nhỏ, phát huy được tối đa ưu điểm của sợi đơn mode.

2.7 Cáp sợi quang

Trong thực tế người ta không để một sợi cáp đơn lẻ mà tổ hợp lại thành cáp sợiquang Một dây cáp quang bên trong có nhiều sợi quang Cấu trúc cáp quang phải thoảmãn các yêu cầu chính là:

- Bảo vệ sợi quang trước tác động về cơ, lý ,hoá học của điều kiện bên ngoài;

- Các đặc tính truyền dẫn của sợi quang phải ổn định;

- Khả năng lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa sợi quang dễ dàng;

- Có ký hiệu để dễ phân biệt khi sử dụng

Cáp quang được chia thành rất nhiều loại, song hiện nay sử dụng chủ yếu là loạicáp có cấu trúc cổ điển và loại trục có rãnh

2.7.1.Một số loại cáp điển hình

- Cáp băng dẹt: để cáp chứa được nhiều sợi quang người ta ghép các sợi lên từngbăng dẹt làm bằng chất dẻo, các băng được xếp chồng lên nhau trong khe răng lược hoặctrong lõi của vỏ cáp, vỏ bọc và chất gia cường của cáp có thể là kim loại hoặc nhựa, sợi tổng hợp

Vá

Gia

c êng

B¨ngdÑt

- Cỏp thả lỏng trong ống: ở loại cỏp này sợi quang được đặt trong ống cú chứa chấtđộn mềm, tuỳ theo số lượng sợi mà ống cú đường kớnh khỏc nhau Vỏ bọc của loại cỏpnày cú thể làm bằng kim loại hoặc chất dẻo cú độ bền cao.

Vỏ cáp

Sợ i

Gia

Chất độnHinh 2.11 Cỏp thả lỏng trong ống

- Cỏp treo: cỏp treo được dựng ở nhiều nơi khỏc nhau, ở mạng thuờ bao vựngnụng thụn, vựng cú nhiều ao hồ đầm lầy Yờu cầu cỏp treo phải cú độ bền cơ học chịuđược tải trọng của bản thõn nú và giú bóo Loại cỏp nhẹ tự treo khụng cần dõy treo đikốm, cũn loại cú trọng lượng lớn phải cú dõy treo để chống kộo dón, biến dạng cỏp.Vỏbọc ngoài của cỏp phải chống đỡ được sự phỏ hoại của mụi trường, cỏc loại gặm nhấm

Dây treo

Vỏ cáp

Sợ i quangChất độnống thả lỏng

Hỡnh 2.12 Cỏp treo

- Cỏp biển: loại cỏp này dựng trong hệ thống thụng tin xuyờn đại dương, giữa cỏcnước hoặc giữa đất liền với cỏc đảo xa, cỏc cụng trỡnh trờn biển Cỏp cú dung lượngtruyền lớn, cự ly xa Cỏc sợi quang trong cỏp là cỏc sợi đơn mode làm việc ở cỏc bướcsúng 1300nm và 1500nm.Cỏp được gia cường cú độ bền vững cơ học cao, chịu được sứccăng, ỏp lực của nước ở đỏy đại dương, vỏ cỏp chống được ẩm ướt, chống được sức căng,

ỏp lực của nước ở đỏy đại dương, chống được sức tàn phỏ của mụi trường nước biển

2.7.2 Nối, lắp đặt cỏp quang

Trong quá trình phát triển mạng thông tin quang, phải tổ chức lắp đặt thông tinquang Cáp quang được lắp đặt ở dưới nước, dưới đất, theo kênh chuyên dụng Trong khilắp đặt phải đạt được các yêu cầu:

c)

b) a)

Hình 2.13.Khung đỡ các mối nối cáp quang+ Dùng thanh chịu lực: các sơi quang trong cáp quang được nối với nhau theo mộttrong những phương pháp đã nêu ở trên, sau đó phải tiến hành nối hai sợi cáp với nhau

Để đảm mối ghép toàn người ta dùng các thanh 5 đóng vai trò giữ cố định cự ly giữa haiống bảo vệ 3 đồng thời là thanh chịu lực kéo chủ yếu khi lắp đặt cáp quang Để chống ẩmcho các mối nối người ta bọc chúng trong ống đầu nối 8 và gia cường bằng đai 2 (để bảo

vệ các mối nối không bị gãy, vỡ) đồng thời đổ keo gắn kín 4 vào chỗ tiếp giáp

C

Hình 2.14.Ghép nối cáp quang bằng phương pháp dùng thanh chịu lực

+ Dùng hộp hoặc giá định hình: có thể xếp các sợi quang tấm, sau đó từng sợiđược nối với nhau từng đôi một theo một trật tự nhất định Tuỳ theo số lượng sợi quang

trong mỗi cáp người ta xếp chúng vào các hộp nhựa và đóng kín (hình 2.14) Cũng có thểdùng phương pháp đặt các sợi quang lẻ 1 vào khe (nơi tiếp xúc của hai nửa hình trụ) trêntấm 2, sau đó để các tấm chặn này vào hộp băng nhựa và đóng kín.

BÀI 3: BỘ PHÁT QUANG 3.1 Tiếp giáp dị thể kép

Theo thuyết vật lý chất bán dẫn trong các tinh thể, các điện tử hoá trị của cácnguyên tử của nó có các mức năng lượng phân bố gián đoạn theo những vùng hay dảikhác nhau

Vùng dưới gồm các mức năng lượng thấp hơn gọi là vùng hoá trị với mức đỉnh kýhiệu là B (ev), vùng trên gồm các mức năng lượng cao hơn gọi là vùng dẫn với mức thấpnhất ký hiệu là Ec Vùng giữa hai vùng hoá trị và vùng dẫn không tồn tại mức gọi là vùngcấm, ký hiệu là EG (band gap), nó có giá trị là:

EG=EC – EV (eu)Tuỳ theo trạng thái của chất bán dẫn, trong vùng năng lượng các điện tử có thểchiếm đầy hoàn toàn các mức, chiếm một số mức hoặc để trống hoàn toàn Trong điềukiện cân bằng nhiệt của chất bán dẫn đại đa số các điện tử nằm tại các mức trong vùnghoá trị, có rất ít điện tử nằm ở vùng dẫn Chất bán dẫn không phát xạ ánh sáng

Quá trình bức xạ ánh sáng do tái hợp của chất bán dẫn diễn ra theo 3 giai đoạn sauđây:

- Sự hấp thụ năng lượng từ bên ngoài gọi là nguồn bơm;

- Sự dịch chuyển điện tử lên trạng thái kích thích;

- Sự chuyển dich điện tử tái hợp

Quá trình bức xạ do tái hợp diễn ra như sau:

Khi chất bán dẫn được cấp một năng lượng có mức lớn hơn năng lượng vùng cấmE>EG (gọi là nguồn bơm) thí dụ như tăng nhiệt độ, chiếu ánh sáng hoặc cấp điện áp địnhthiên, thì một số điện tử nằm ở mức E1 trong vùng hoá trị (gọi là mức ổn định) hấp thụđược năng lượng cấp này sẽ dịch chuyển lên mức E2 thuộc vùng dẫn và tại vùng hóa trịhình thành các lỗ trống, số lỗ trống bằng số điện tử đã dịch chuyển lên vùng dẫn

Điện tử nằm ở mức E2 này gọi là điện tử ở trạng thái bị kích thích Vì trạng tháikích thích của điện tử là không ổn định, nên chúng sẽ bị hạt nhân nguyên tử hút quay trở

về mức ổn định E1 trong vùng hoá trị

Khi điện tử dịch chuyển từ mức E2 về mức E1 để tái hợp với lỗ trống thì một nănglượng được giải phóng Nếu năng lượng giải phóng dưới dạng ánh sáng (photon) thì sựdịch chuyển tái hợp bức xạ Ánh sáng phát ra của dịch chuyển này được tính theo địnhluật Planck là:

(3.1) Với h=6,625 10-34 Js gọi là hằng số Planck

ev=1,6.10-19 J e=1,6.10-19C Nếu năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt đốt nóng mạng tinh thể (gọi làphonon) thì dịch chuyển gọi là dịch chuyển tái hợp không bức xạ Nếu một điện tử từtrạng thái bị kích thích (từ mức E2) dịch chuyển trở về trạng thái ổn định (về mức E1) mộtcách tự nhiên để tái hợp với một lỗ trống và bức xạ ra một photon ánh sáng, thì bức xạánh sáng như vậy được gọi là bức xạ tự phát (Spontaneous Emission) Ánh sáng của cácphoton bức xạ tự phát có bước sóng tính theo công thức trên nhưng có hướng và pha tuỳ

ý, nên gọi là ánh sáng không kết hợp, nó có cường độ yếu Nếu một điện tử đang nằm ởtrạng thái kích thích (mức E2) khi nhận được ánh sáng từ bên ngoài chiếu vào có nănglượng của photon là:

thì ngay lập tức dịch chuyển về mức ổn định E1 để tái hợp với một lỗ trống và bức xạ ramột photon ánh sáng Bức xạ này gọi là bức xạ kích thích hay cưỡng bức (StimulateEmission) sự bức xạ ánh sáng kích thích của Eistein Ở đây v là tần số của photon chiếuvào được tính theo công thức trên Chúng có cùng hướng và đồng pha với nhau Nên ánhsáng bức xạ kích thích gọi là ánh sáng kết hợp Ánh sáng kết hợp có cường độ mạnh hơnnhiều so với cường độ của ánh sáng tự phát Ánh sáng LED phát ra là ánh sáng tự phát,còn ánh sáng của diode laser LD phát ra là ánh sáng kích thích

3.1.2 Các chất bán dẫn dùng để chế tạo nguồn phát quang

Không phải mọi chất bán dẫn đều có thể bức xạ ra ánh sáng, mà chỉ có một số chấtbán dẫn có các tính chất nhất định mới bức xạ ra ánh sáng

Quá trình tái hợp giữa điện tử và lỗ trống tuân theo định luật bảo toàn năng lượng

và bảo toàn xung lượng

Sự bức xạ ánh sáng do tái hợp xảy ra dễ hơn và với xác suất lớn hơn trong chấtbán dẫn có vùng cấm loại trực tiếp, và khó xảy ra hơn và với xác suất nhỏ hơn trong chấtbán dẫn vùng cấm loại gián tiếp

- Bán dẫn vùng cấm loại trực tiếp: là bán dẫn trong giản đồ vùng năng lượng của

nó có đáy thấp nhất của vùng dẫn và đỉnh cao nhất của vùng hoá trị tương ứng với cùngmột giá trị xung lượng p hoặc vecto sóng k của điện tử Đại đa số các bán dẫn vùng cấm

loại trực tiếp đều là bán dẫn hợp chất như: GaAs, InP, AlGaAs, InGaAsP Chúng là cácchất chủ yếu để chế tạo ra các LED và LD

- Bán dẫn vùng cấm loại gián tiếp: là bán dẫn trong giản đồ vùng năng lượng của

nó, có đáy thấp nhất của vùng dẫn và đỉnh cao nhất của vùng hoá trị ứng với các giá trịkhác nhau của xung lượng p hay vector sóng k của điện tử Các bán dẫn này có thể là bándẫn đơn chất như Ge, Si hay hợp chất như AlAs, GaP Chúng không dùng để chế tạo cácnguồn phát quang

Hệ số tái hợp của bán dẫn vùng cấm loại trực tiếp lớn gấp hàng trăm lần đến hàngnghìn lần bán dẫn vùng cấm loại gián tiếp

Hình 3.1 Dải cấm năng lượng trực tiếp

Hình 3.2 Dải cấm năng lượng gián tiếp

Các chất bán dẫn trong trạng thái bị kích thích từ bên ngoài thì có số điện tử nhỏhơn nhiều so với số điện tử nằm ở trạng thái ổn định Vì vậy, bức xạ tái hợp của nó là rấtyếu và bị tổn hao lớn trong bản thân chất bán dẫn nên bức xạ tái hợp không phát sángđược ra ngoài Để cho bức xạ tái hợp phát sáng được ra ngoài thì trong bán dẫn phải tạođược trạng thái nghịch đảo nồng độ điện tử, tức là nồng độ điện tử trong chất bán dẫn khi

bị kích thích phải lớn hơn nồng độ điện tử trong chất bán dẫn ở trạng thái ổn định Để tạođược trạng thái nghịch đảo nồng độ điện tử người ta phun các hạt dẫn bằng cách đặt vàolớp tiếp giáp P- N một điện áp thuận với thế năng thích hợp

Bình thường ở diode, phát xạ ánh sáng có thể xảy ra ở cả hai phía của diode rấtthấp (do độ rộng vùng cấm EG và chiết suất của hai vùng P- N của chuyển tiếp có giá trị

là xấp xỉ nhau) Tuy nhiên, nếu tập trung sự tái hợp các hạt đa số vào một vùng kích thíchnhỏ thì mật độ công suất phát ra sẽ tăng lên Ta có thể thực hiện điều đó băng cách hìnhthành một lớp tiếp giáp giữa hai chất bán dẫn có độ rộng dải cấm khác nhau (tiếp giáp dịthể), tạo ra hàng rào thế năng, hàng rào này ngăn cản các hạt dẫn sâu vào trong mạng tinhthể bán dẫn Để “giam” cả điện tử và lỗ trống ta phải sử dụng hai lớp tiếp giáp dị thể, gọi

là dị thể kép hay cấu trúc DH (Double- Heterojunction) lớp tiếp giáp dị thể có thể là dạngP- N , N-P hoặc P-P

Cấu trúc dị thể kép DH sẽ giam lỗ trống vào điện tử vào trong một lớp hoạt tínhcực hẹp Dưới điện áp phân cực thuận sẽ có một lượng lớn các hạt đa số được phun vàovùng hoạt tính Tái hợp của hạt đa số sẽ diễn ra trong lớp hoạt tính kích thước nhỏ vì thếdiode có hiệu suất phát quang cao Một ưu điểm nữa của diode laser có cấu trúc DH làchiết suất trong vùng hoạt tính cao hơn vùng xung quanh, nên ánh sáng phát ra là mộtchùm tia hẹp có độ tập trung cao cũng giống như trong sợi quang chiết suất bậc SI

3.2 LED

Hiện nay, người ta sử dụng chủ yếu hai loại LED trong các hệ thống thông tin cápsợi quang là SLED phát xạ mặt (surface light emitting diode) và ELED phát xạ cạnh(Edge Light Emitting Diode) Cả hai loại này đều dùng cấu trúc dị thể kép để “giam” hạt

đa số và ánh sáng vào một lớp hoạt tính

Loại LED Tần số điều chế lớn

sáng bức xạ của LED trải ra trong một vùng phổ rộng hơn rất nhiều so với LASER, dovậy chúng chỉ có thể phối ghép ánh sáng có hiệu quả và sợi đa mode có khẩu điều chế sốlớn.

3.2.1 LED phát xạ mặt

Hình 3.3 cho ta thấy cấu trúc điển hình của một led phát xạ mặt Diode dị thể képđược hình thành trên nền của một chất bán dẫn loại N, ở phía trên của diode có khoétthêm một lỗ tròn

Hình 3.3 Cấu tạo của LED phát xạ mặt

Trong cấu trúc đặc biệt này, ánh sáng được tạo ra ở vùng hoạt tính đi xuyên quachất nền và đi vào lõi sợi quang đặt trong lỗ Sợi quang được gắn bằng nhựa Eposy Đáycủa khối LED là bộ phận hạ nhiệt bằng vàng, tiếp xúc với diode bằng một khối tròn nhỏ,phần còn lại được cách điện với diode Phần hạ nhiệt này tạo thành lớp tiếp xúc, nhờ đódòng điện chạy qua lỗ của lớp cách điện Dòng điện đi xuyên qua lớp bán dẫn loại P, hìnhthành một vùng hoạt tính dạng tròn kích thước nhỏ, với mật độ điện cỡ 2000A/cm2 Vìvậy tạo nên một chùm sáng có cường độ cực mạnh Chỉ số chiết suất thay đổi qua cáctiếp giáp dị thể làm cho một phần ánh sáng phát xạ quay về vùng hoạt tính, phần ánhsáng này có thể được hấp thụ hoặc đưa ra sợi quang, vì thế lượng ánh sáng thức tế ghépvới sợi quang ít hơn so với lượng ánh sáng mà LED phát ra Mặc dù đã có một vi thấukính đặt trong giếng tại đỉnh của LED sẽ làm tăng hiệu suất ghép Hiệu suất ghép còn phụthuộc vào sai số lắp đặt thấu kính và sai lệch chỉnh tâm của sợi quang

Trong thực tế công suất phát xạ có thể đạt gấp 2 hoặc 3 lần nhờ một LED tươngđương gồm 2 LED ghép đối đỉnh

3.2.2 LED phát xạ cạnh

Để giảm mất mát do hấp thụ trong lớp hoạt tính và làm cho chùm tia định hướnghơn, ta có thể lấy ánh sáng ra từ cạnh của led Loại led này được gọi là led phát xạ cạnh(ELED) Cấu trúc như hình vẽ.

Lớp hoạt tính được xác định bởi giới hạn của đường kẻ hẹp ở lớp tiếp xúc phíatrên Nhờ có tiếp giáp dị thể mà ánh sáng được giam trong vùng hoạt tính, điều đó làmcho hiệu suất, công suất và tính định hướng của nguồn sáng được tăng cao Người ta phủmột lớp phản xạ tại đầu cuối của diode để làm tăng công suất ra

3.2.3 Các đặc trưng kỹ thuật của LED

Đặc tính phổ: sự phát xạ ánh sáng do dịch chuyển ngẫu nhiên của các điện tử quadải cấm gọi là phát xạ tự phát Trong thực tế dải dẫn và dải hoá trị có rất nhiều mức nănglượng khác nhau Do sự tái hợp của các hạt có mức năng lượng khác nhau nên nănglượng phát xạ phát ra cũng nằm trong một phạm vi khá rộng

Mật độ phân bố điện tử cực đại ở mức năng lượng xấp xỉ Eg + KT/2 và của lỗtrống là ở năng lượng xấp xỉ Eg – KT/2, do đó hiệu năng lượng có giá trị trung bình là Eg

+ KT và độ lệch nằm giữa kT và 2 kT Mặc dù độ lệch thực tế còn phụ thuộc vào lượngtạp chất pha vào, nhưng sự xấp xỉ trên là chấp nhận được

Năng lượng tái hợp trải rộng trong một dải nhất định nên các bước sóng phát xạkhông phải là một giá trị nhất định mà trải rộng ra có dạng hình chuông Bề rộng phổ ởmức nửa công suất gọi là độ rộng vạch phổ của nguồn Như ta đã biết độ rộng vạch phổlớn sẽ dẫn tới tán sắc vật liệu trong sợi quang lớn Hầu hết các LED độ rộng vạch phổ cỡ30nm và nếu chuyển sang miền tần số thì độ rộng tần là 1,3.1013 Hz, LED chỉ là nguồnquang có chất lượng thấp trong thông tin quang, do đó chúng chỉ được dùng trong cáctuyến có dung lượng thấp, điều chế cường độ và cự ly ngắn

Dung lượng điều chế và hiệu suất chuyển đổi

Hình 3.4 Cấu trúc LED phát xạ cạnh

Đặc tuyến của công suất quang theo dòng điện điều khiển của LED là xấp xỉ tuyếntính Nếu đặt một tín hiệu xoay chiều lên một thiên áp một chiều, ta có thể viết công suấtquang đầu ra như sau:

(3.3)Trong đó: p(0) là công suất ra chưa điều chế

là hằng số thời gian của LED và mạch điều khiểnKhi xét dải thông của sợi quang, ta thấy sự suy giảm 3dB trong công suất quangtương ứng với suy giảm 6dB trong công suất điện, vì vậy dải tần điện 3dB của LED là(Hz)

Nếu mạch điều khiển được thiết kế tốt thì hằng số thời gian của LED sẽ trội hơn

Đó là thời gian tái hợp bức xạ và tái hợp không bức xạ cùng xảy ra thì cho bởi công thức:

(3.4)Trong đó và là thời gian tái hợp bức xạ và không bức xạ

Để tạo ra thiết bị có tốc độ nhanh thì cả và đều phải được giữ ở giá trị thấp, đồngthời phải thoả mãn điều kiện nhằm đạt được hiệu suất cao

Ta hãy xét tới ảnh hưởng của thời gian tái hợp không bức xạ khi chế tạo các diode

dị thể, sẽ có một sự sai lệch nhỏ trong mạng tinh thể của lớp tiếp giáp Điều này tạ ra cáibẫy của mặt cái bẫy tại mặt phân giới giữa 2 chất và được đặc trưng bởi tốc độ tái hợpmặt, kí hiệu là S

d: là khoảng cách giữa 2 lớp dị thể

Vì và phụ thuộc vào d, nên d càng nhỏ thì hằng số thời gian càng nhỏ, khi rútngắn d sẽ làm giảm nhanh hơn, do đó sự gia tăng tốc độ điều chế sẽ làm giảm hiệu suất.Tuy nhiên, do tỉ lệ nghịch với mà ta có thể rút ngắn bằng cách tăng mật độ dòng điện,nhưng khi tăng J thì nhiệt độ của LED khi làm việc sẽ cao làm ảnh hưởng tới tuổi thọ và

độ tin cậy của nó

Hầu hết các LED đều làm việc với mức pha tạp cao và hiệu suất nội lượng tử chỉđạt 50% Mặc dù vậy hiệu suất ngoài (tính bằng công suất ghép sợi quang) thông thườngnhỏ hơn 10%, nên nói chung LED là các nguồn quang có công suất nhỏ và hiệu suất thấp

3.3 Laser diode (LD)

Thông thường diode laser được sử dụng trong các tuyến cự li dài tốc độ cao (các tuyếnnày dùng sợi quang đơn mode SM) Nói chung yêu cầu đặt ra đối với diode laser trongthông tin quang là giảm thiểu độ rộng vạch phổ và hoạt động chế độ đơn mode và yêucầu quan trọng là tăng hiệu suất thì cần phải giảm dòng điện ngưỡng

3.3.1 Cấu trúc và nguyên tắc làm việc

Không giống như LED (ánh sáng phát ra là do bức xạ tự phát), ánh sáng LASERđược tạo ra bằng bức xạ kích thích Bức xạ kích thích xảy ra khi một photon sơ cấp (hv)1

va đập vào một nguyên tử đã được kích thích và thay vì hấp thu photon này lại kích thíchcho một điện tử dịch chuyển xuống qua dải cấm và sinh ra một photon mới gọi là photonthứ cấp (hv)2 Photon mới được tạo ra giống hệt photon ban đầu

Các photon này tiếp tục va chạm với các nguyên tử ở trạng thái kích thích kháctrong mạng tinh thể và lại sinh ra nhiều photon hơn nữa khi chúng va chạm Như vậy,mạng tinh thể bán dẫn đã khuếch đại những photon ban đầu tức những photon sơ cấp

Hình 3.5a) Bức xạ tự phát b) bức xạ kích thích

Để bức xạ kích thích có thể xảy ra, trong dải dẫn phải có một số lượng lớn cácđiện tử và trong dải hoá trị cũng phải có một lượng lỗ trống như vậy Trạng thái gần ổnđịnh này được gọi là trạng thái đảo đồng bộ Trong diode laser nó là kết quả của sự phunmột lượng lớn hạt đa số vào vùng hoạt tính có nồng độ pha tạp lớn Nếu trạng thái đảonồng độ xuất hiện với tác dụng giam ánh sáng của 2 lớp dị thể sẽ sinh ra một bức xạ kíchthích Tuy nhiên, để đảm bảo độ khuếch đại và điều kiện tự kích cho máy phát laser cầnđặt môi trường bán dẫn vào trong buồng cộng hưởng quang học (là một hệ gồm 2 mặtphản xạ đối diện nhau, giữa 2 mặt này là hoạt chất)

3.3.2 Laser đa mode Fabry_Pero (F_P)

Đây là loại laser bán dẫn có cấu trúc đơn giản được dùng phổ biến là nguồn phátcho thông tin quang Nó được cấu tạo từ một chuyển tiếp dị thể kép dạng khối chữ nhật.Vùng hoạt tính có chiều dài là cạnh bên và độ dày

Do hộp cộng hưởng có chiều dài L và cạnh bên lớn hơn nhiều so với bước sóngnên trong hộp tồn tại nhiều mode dọc và kết hợp các biện pháp giam ánh sáng trong vùnghoạt tính của chuyển tiếp dị thể để trong LD chỉ tồn tại một mode bên và nhiều modedọc Nên có nhiều dạng LD đa mode chỉ chỉ cải tiến như loại điều khiển độ khuếch đạiGain – Guide, điều khiển chiết suất Index Guide, cấu trúc dị thể chọn BH

Độ rộng đường phổ của F – P LD cỡ nhỏ hơn nhiều so với LED, nên hiệu ứng tánsắc màu trong sợi quang sẽ giảm nhỏ nếu sử dụng LD này Do đó F-P LD được sử dụnglàm nguồn phát quang chính trong hệ thống thông tin cự ly trung bình với tốc độ cao

Các loại laser đa mode F-P có ưu điểm là cấu trúc đơn giản, giá thành hạ, nhưng

có nhược điểm là phát ra nhiều mode dọc có cường độ khác nhau, nên khi truyền trongsợi quang xuất hiện tạp phân mode làm tăng tạp âm dẫn đến làm giảm độ nhạy ở máy thu

3.4 Các nguồn laser bán dẫn đơn mode

Các LASER này chỉ phát ánh sáng ở một tần số hay một mode dọc Laser đơnmode có 2 ưu điểm so với laser đa mode là có độ rộng phổ rất hẹp nên giảm được sự tánsắc màu trong sợi quang và tạp phân mode Vì vậy các laser đơn mode được dùng làmnguồn phát quang nhất là trong hệ thống kết hợp (Coherent)

Để có được laser đơn mode đạt tỉ lệ nén biên độ giữa mode chính và các mode bênSMSR (Side Mode Suppession Ratio) rất lớn, khi đó trong nguồn quang hầu như chỉ còntồn tại mode dọc chính Laser có khoảng cách giữa mode dọc khoảng () nhỏ hơn rất nhiều

so với đường cong khuếch đại, do đó công suất của các mode sẽ rất khác nhau, trong khi

đó suy hao truyền dẫn giữa các mode lại không đáng kể Tỉ số nén mode bên được đưa ra

để xác định chế độ hoạt động của laser, nó được xác định bằng tỉ số công suất của modechính P0 và công suất P1 của mode cạnh mode chính

Chỉ tiêu chất lượng của LD đơn mode được đánh giá bởi đại lượng gọi là tỉ số dậpmode sau:

Về mắt cấu trúc có nhiều loại laser đơn mode, trong đó phổ biến là 2 loại sau: laserphân bố phản hồi DFB và laser dùng hộp cộng hưởng liên kết

3.4.1 Laser DFB (Distribued Feed Back)

Ở laser này có sự phản hồi quang được thực hiện không phải ở 2 gương mà tiếnhành trên cả chiều dài vùng hoạt tính của hộp cộng hưởng, gọi là sự phản hồi phân bố Đểtạo ra sự phản hồi phân bố, người ta tạo ra các bộ phản xạ cách tử có tính chọn lọc tần sốgắn sát mặt của lớp hoạt tính của LASER Đây là một lớp điện môi ống dẫn sóng làm từvật liệu như lớp vỏ của chuyển tiếp có dạng gấp nếp để tạo ra chiết suất thay đổi chu kìdọc theo chiều dài Sóng truyền dọc theo bước sóng nhất định gọi là bước sóng Braggtheo điều kiện Bragg như sau:

(3.5)

Ở đây: là bước sóng Bragg;

ne là chiết suất hiệu dụng của mode sóng ;

k là bậc nhiễu xạ Bragg ;

lc là chu kì cách tử

Một dạng biến thế của laser DFB là laser phản xạ phân tán Bragg, DBR(Distributed Bragg Reflector) laser Không giống như công nghệ được sử dụng tronglaser DFB, trong laser DBR cáp cách tử chiều dài ngắn đóng vai trò bộ phản xạ chọn lọctần số thay thế cho buồng cộng hưởng Fabry- Perot Cấu trúc cách tử nằm ở hai bên vùnghoạt tính có tác dụng như hai gương phản xạ với các bước sóng thoả mãn điều kiện phản

xa Như vậy sẽ có nhiều mode trong vùng hoạt tính nhưng chỉ có một bước sóng đượcphản xạ trở lại và được khuếch đại

Cũng giống như laser DFB, laser DBR có hệ số nén mode rất cao, trên thị trườnghiện nay tỉ số SMSR có thể lên tới Dòng điện ngưỡng của hai loại laser này chỉ cỡ 20mA

và độ rộng vạch phổ hết sức hẹp, nhỏ hơn 0.5nm Do đó các tuyến cự ly xa, yêu cầu tốc

độ cao thường sử dụng hai loại diode laser trên

3.4.2 Laser đơn mode cộng hưởng liên kết

Một phương pháp đơn giản để chế tạo laser có thể điều chỉnh được bước sóng ánhsáng ra là sử dụng bộ chọn lọc bước sóng ngoài sẽ chọn lọc một mode sóng Fabry- perotduy nhất trong số các mode Fabry- Perot cùng tồn tại của laser bằng cách điều chính cáctham số của bộ lọc Điều chỉnh bộ lọc sẽ điều chỉnh được bước sóng chọn cho tới khibước sóng chọn phù hợp với bước sóng của một mode sóng Fabry- Perot nào đó.

Có rất nhiều cấu trúc của bộ lọc ngoài được áp dụng nhưng chủ yếu vẫn là phươngpháp cách tử nhiễu xạ có cấu trúc như hình vẽ:

Hình 3.6 Cấu trúc của bộ lọc ngoàiMột trong những mặt cuối của laser được phủ một lớp chống phản xạ, chùm tiasáng đi ra từ mặt này được trực chuẩn khi tới cách tử nhiễu xạ Cách tử nhiễu xạ đóng vaitrò là gương phản xạ và bộ lọc bước sóng hẹp Mọi thay đổi của cách tử nhiễu xạ đều dẫnđến thay đổi được sóng lựa chọn, khi quay góc nghiêng của cách tử ta sẽ điều chỉnh đượcmột khoảng rộng bước sóng, khi thay đổi vị trí cách tử theo chiều dọc thì bước sóng chọn

sẽ được vi chỉnh Hiện nay, với công nghệ này giới hạn điều chỉnh được bước sóng có thểđạt được trong khoảng tại bước sóng Laser dùng bộ chọn lọc bước sóng ngoài tuy cónhiều ưu điểm nhưng việc điều chỉnh cách tử đạt được độ chính xác cao là rất khó khăn.Cũng dựa vào sự chọn lọc và phản xạ của cách tử nhiễu xạ, thay thế việc phải thay đổi và

di chuyển cách tử người ta dùng mảng hai chiều các sọc hoạt tính kết hợp với cách tửnhiễu xạ cố định được gọi là laser Magic (Multistripe Array Grating Intergrated Cavity).Các sọc hoạt tính này có thể được lựa chọn và ghép với sọc hoạt tính trung tâm ở chỉ mộtbước sóng Số lượng bước sóng có thể lựa chọn phụ thuộc vào số sọc hoạt tính, với môhình có 15 sọc hoạt tính thì khoảng thay đổi giữa các mode được chọn là 1.89nm

3.5 Bộ phát quang

Sơ đồ khối bộ phát quang điển hình được biểu diễn như hình 3.7 Theo đó, một bộ phát quang bao gồm: nguồn quang, bộ ghép tín hiệu quang, mạch điều chế tín hiệu và mạch điều khiển công suất Tất cả các thành phần trên được đóng gói chung thành bộ phát quang như hình 3.8 Dữ liệu từ nguồn phát bên ngoài được đưa vào bộ phát quang thông qua đơn vị biến đổi dữ liệu nhờ tín hiệu xung kích (clock) Tại đây, dữ liệu được biến đổi về dạng phù hợp cung cấp cho mạch kích thích điều khiển dòng phân cực cho

Laser Trong trường hợp tổng quát, bộ phát

Hình 3.7: Sơ đồ khối bộ phát quangquang sử dụng LED cũng bao gồm các thành phần như bộ phát hình 3.7 Tuy nhiên, nếu tín hiệu cần phát là tín hiệu tương tự thì mạch chế biến tín hiệu sẽ đơn giản hơn nhiều Đơn vị biến đổi dữ liệu (Data conversion unit) bao gồm bộ giải mã tín hiệu đường truyền,

bộ biến đổi song song – nối tiếp và bộ sửa dạng tín hiệu Chức năng của bộ biến đổi dữliệu là biến đổi tín hiệu điện ngõ vào song song về dạng mã thông dụng NRZ dạng nối tiếp và sửa dạng tin hiệu cung cấp cho mạch kích thích

Hình 3.8: Sơ đồ khối đơn vị biến đổi dữ liệu

3.5.1 Mạch phát điều biến cường độtrực tiếp

- Một mạch phát quang điều biến cường độ được biểu diễn trên hình 3.9 Mạch phát quang này là sự kết hợp của mạch điều khiển (hình 3.10) và mạch điều chế tín hiệu (hình 3.11) Hoạt động của mạch phát quang điều biến cường độ có thể được phân

tích dựa trên hoạt động của mạch điều khiển và mạch điều chế tín hiệu

Hình 3.9: Mạch phát quang sử dụng LD điển hình

Hình 3.10: Mạch kích thích

Hình 3.11: Mạch điều chế tín hiệuMạch kích thích (hình 3.10) có chức năng biến đổi nguồn điện áp từ bộ biến đổi

dữ liệu về dạng dòng điện cung cấp dòng phân cực cho Laser Chức năng này là cần thiết

vì nguồn điện cung cấp cho laser dưới dạng điện áp hơn là dòng điện Dòng phân cực cho

laser được tạo ra cần phải rất ổn định với dòng điện ngưỡng đểcó thể truyền tín hiệu dữ liệu không bị lỗi Tuy nhiên, giá trị tương đối của dòng phân cực và dòng điện ngưỡng thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ Do vậy, dòng phân cực cần được điều khiển bởi tín hiệu hồi tiếp từ cảm ứng nhiệt

Trong mạch kích thích hình 3.10, điện áp điều khiển, Vbias+, là điện áp ngõ vào của opamp Dòng điện chạy qua điện trở R chỉ phụ thuộc vào điện áp ngõ vào mà không phụ thuộc vào điện trở tải, trong trường hợp này là laser diode Do đó, bằng cách thay đổiVbias, người ta có thể điều khiển được dòng phân cực Ibias Khi nhiệt độ thay đổi, việc

ổn định công suất quang ở ngõ ra của laser diode được thực hiện bởi tín hiệu hồi tiếp từ photodiode PD PD này thu ánh sáng từ laser phát ra và tạo ra dòng quang điện tỷ lệ với công suất phát quang của laser Vì vậy, khi công suất quang ngõ ra thay đổi,

do sự thay đổi của nhiệt độ, dòng quang điện sẽ thay đổi làm cho dòng điện phân cực Ibias cũng thay đổi theo bù lại những thay đổi trong trong công suất quang của laser Quátrình điều chế tín hiệu trong mạch phát điều biến cường độ được thực hiện bằng cách thay đổi dòng điện kích thích từ mức phân cực đến mức cao nhất Mạch điều chếtín hiệu được biểu diễn trên hình 3.11 Trong đó, quá trình điều chế được điều khiển bởi dòng phân cực qua Laser Chức năng chính của mạch là cung cấp dòng phân cực cực đại cho Laser Trong mạch điều chế hình 3.11, dữ liệu phát được đưa vào cực B transistor Q1, cực B transistor Q2 được cố định bởi nguồn phân cực VBB Khi tín hiệu ngõ vào lớn hơnVBB, Q1dẫn, Q2tắt, dòng qua LD giảm làm LD ngưng phát sáng Ngược lại, khi tín hiệu ngõ vào nhỏ hơn VBB, Q1 tắt, Q2 dẫn, dòng qua LD tăng làm LD phát sáng Q3 đóng vaitrò cung cấp nguồn dòng ổn định cho mạch vi sai Q1 và Q2 Q4 kết hợp với mạch hồi tiếp dùng khuếch đại thuật toán (Op-Amp) ổn định dòng qua LD dưới tác động của nhiệt

độ cũng như cung cấp tín hiệu cho việc giám sát nhiệt độ làm việc của LD phục vụ công việc cảnh báo và bảo dưỡng cho bộ phát quang Trong kiểu điều chế trên, tín hiệu điều chế được thực hiện bằng cách thay đổi dòng điện kích thích chạy qua laser Kiểu điều chếnày đươc gọi là điều chế nội (internal modulation) hay điều chế trực tiếp (direct

modulation) Ưu điểm của kiểu điều chế này là đơn giản Tuy nhiên, hạn chế của kỹthuật điều chế này là: Băng thông điều chế bị giới hạn bởi tần số dao động tắt dần của laser diode

- Hiện tượng chirp xảy ra đối với tín hiệu quang tăng độ rộng phổ của xung ánh sáng Hiện tượng này xảy ra đối với laser DFB và vì vậy là yếu tố hạn chế nghiêm trọng đối với các hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao (chủ yếu sử dụng laser DFB làm nguồn quang)

- Không áp dụng được trong các hệ thống thông tin quang đòi hỏi công suất phát quang lớn (>30mW) như các mạng truyền dẫn cự ly xa hay mạng truyền hình cáp vì việc chế tạo các mạch phát quang điều chế trực tiếp hoạt động ổn định khi điều chế tốc độ cao với dòng điện kích thích lớn (>100mA) trở nên phức tạp và khó khăn hơn nhiều Những