Đồ án Kĩ thuật chuyển đổi bước sóng

ng mô hình này,có sự kết hợp sự tương quan tải trọng giữa các liên kết trong mạng. Đặc biệt, giả sử rằng tải trọng trên liên kết i của một tuyến đưa các tải trọng trên các liên kết 1,2….,i-1 chỉ phụ thuộc vào tải trọng trên liên kết i-1. Do đó, mô hình phân tích là mô hình tương quan Markovian. Đầu tiên, chúng nhận được phân bố bước sóng rỗi trên tuyến hai hop sử dụng các chú thích sau: Q(wf)= Pr ( các bước sóng wf là rỗi trên một liên kết). S(yf ½xpf) = Pr (các bước sóng yf là rỗi trên một liên kết của một tuyến,các bước sóng xpf là rỗi trên các liên kết trước của đường. U(zc½yf, xpf) =Pr (các đường quang zc tiếp tục tới liên kết dòng từ liên kết trước của một tuyến,các bước sóng xpf là rỗi trên liên kết trước, và các bước sóng yf là rỗi trên liên kết dòng. R(nf ½xff,yf,zc) =Pr (các bước sóng nf là rỗi trên một tuyến hai hop, các bước sóng xff là rỗi trên hop đầu tiên của tuyến, các bước sóng yf là rỗi trên hop thứ hai và các đường quang zc từ hop thứ nhất đến hop thứ hai. T(l)nf, yf = Pr (các bước sóng nf là rỗi trên một tuyến l hop và các bước sóng yf là rỗi trên hop l. pl = Pr ( Một tuyến l hop được chọn để định tuyến) Bây giờ chúng ta xét một tuyến hai hop giữa node 0 và node 2 thông qua node 1. Đặt Cl là số các đường quang mà đi vào đường tại node 0 và ra tại node tại node 1, Cc là số các đường quang đi vào đường tại node 0 và tiếp tục đi tới liên kết thứ hai, Cn là số các đường quang đi vào đường tại node 1 và cho ll, lc, ln là tốc độ đến của đường quang tương ứng. Sau đó, số các đường quang mà sử dụng liên kết đầu tiên là Cl+ Cc và số các đường quang sử dụng liên kết thứ hai là Cc+Cn. Giả thiết rằng phân bổ lưu lượng đồng bộ, tốc độ đến của đường quang mà đi vào tuyến tại node 1 giống như tốc độ của đường quang rời khỏi tuyến tại node 1,…,li=ln. Các số Cl, Cc, Cn được đặc trưng bởi 3 số nguyên của chuỗi Markov, với mỗi trạng thái được đặc trưng bởi 3 số nguyên (Cc, Cl, Cn ). Xác suất R(nf ½xff,yf,zc), U(zc½yf, xpf), S(yf ½xpf), Q(wf) và sau đó nhận được từ tuyến hai hop. Việc mở rộng phân tích để xác định xác suất nghẽn trên tuyến của chiều dài hop bất kì. Để việc phân tích này đơn giản, giả sử rằng hiệu suất nghẽn đường quang trên tải trọng sóng mang dọc theo liên kết là không đáng kể. Với giả thiết này chỉ hợp lí khi xác suất nghẽn thấp, điều này có nghĩa là toàn bộ tải trọng được cung cấp cho mạng được mang dọc theo các liên kết. Tốc độ đến từ đường quang tại các node xấp xỉ tốc độ đến các liên kết ll và lc có thể được chỉ ra như sau. Đặt N là số các node có trong mạng, l là tốc độ đường quang đến tại một node, H là khoảng cách hop trung bình. Khi đó tốc độ đường quang đến trung bình trên liên kết được cho bởi: Mục đích có k liên kết ra trên một node và một đường quang không rời khỏi mạng tại node đó, nó chọn bất kì một trong k liên kết đi ra. Sau đó, tốc độ đến của các đường quang mà tiếp tục tới liên kết tiếp theo của một tuyến có thể được ước lượng: Từ đó chúng ta có: ll = g- lc Tham số q là cường độ chuyển đổi của mạng được sử dụng trong mô hình mạng chuyển đổi bước sóng dải rác. Số các node có bộ chuyển đổi trong mạng N node được phân bố với Nq bộ chuyển đổi. Xác suất nghẽn trong mạng với chuyển đổi bước sóng dải rác được tính toán đệ qui với điều kiện node i là bộ chuyển đổi cuối cùng trên một tuyến l hop trong mạng (1<i<(l-1)). 2.2.1.3 Một mô hình xác suất cho một lớp của mạng Phần này cung cấp một phương pháp tính toán xác suất nghẽn mạch trong mạng định tuyến bước sóng. Mô hình này tính toán theo lưu lượng vào Poisson và sử dụng mô hình chuỗi Markov với tốc độ đến độc lập với trạng thái. Hai hệ thống định tuyến khác nhau được miêu tả đó là định tuyến cố định, là phương thức mà đường đi từ nguồn tới đích là duy nhất và được biết trước và định tuyến tải trọng nhỏ nhất (LLR: Least Loaded Routing), cấu trúc đường luân phiên định tuyến từ nguồn tới đích thông qua tuyến mà có số các bước sóng rỗi là lớn nhất. Phân tích và mô phỏng thực hiện việc sử dụng định tuyến cố định cho các mạng có cấu hình bất kìn với các tuyến có nhiều nhất độ dài ba hop và sử dụng LLR cho mạng kết nối hoàn toàn với các tuyến có một hoặc hai hop. Xác suất nghẽn được tìm thấy là lớn hơn nếu không có chuyển đổi bước sóng. Tuy nhiên, trong phương pháp này tính toán nhiều hơn và chỉ dễ dàng hơn khi mạng kết nối dày đặc với một số node. Xét một mạng có cấu hình bất kì với J liên kết và C bước sóng trên mỗi liên kết. A tuyến R là một tập hợp con của các liên kết từ {1,2…J}. Các yêu cầu đường quang đến tuyến R như một chuỗi Poisson với tốc độ aR. Một đường quang với tuyến R được thiết lập nếu có một bước sóng wi mà rỗi trên tất cả các liên kết của tuyến đến R. Thời gian chiếm giữ của tất cả các đường quang được phân bố theo hàm mũ. Cho XR là giá trị ngẫu nhiên biểu hiện số lượng bước sóng rỗi trên tuyến R. Nếu R={i,j,k} chúng ta có thể viết XR như Xi,j,k. Cho X= (X1, X2, …..,XJ) và đặt qJ (m)= PT [Xj= m] m=0,1,….,C là phân bổ dung lượng rỗi trên liên kết j. Giả sử rằng biến ngẫu nhiên XJ là độc lập. Sau đó Ở đây m=(m1, m2……,mj). m là bước sóng rỗi trên liên kết j, thời gian cho đến khi đường quang tiếp theo được thiết lập trên liên kết j được phân bổ theo hàm mũ với tham số là aj(m). Nó cho phép số lượng bước sóng rỗi trên liên kết j được coi như quá trình sinh ra và mất đi vì vậy: Ở đây: aj(m) được cho bởi sự kết hợp các phân bổ từ chuỗi yêu cầu tới các tuyến có liên kết j như một thành phần: Xác suất nghẽn mạch với các đường quang tới tuyến R (LR=PR[XR=0]) được tính toán cho các tuyến lên tới 3 hop. Cũng như vậy, trong trường hợp LLR, ta cũng giành được xác suất nghẽn (LR) trong mạng kết nối hoàn toàn. 2.2.1.4 Mô hình xác suất không có giả thiết tải trọng liên kết độc lập Mô hình này phân tích dễ dàng hơn các mô hình trên, tuy nhiên nó sử dụng các giả thiết về lưu lượng đơn giản hơn. Các tải trọng liên kết không được giả sử là độc lập, giả thiết đó vẫn được giữ lại khi một bước sóng được sử dụng trên các liên kết liên tiếp độc lập với các bước sóng khác. Khái niệm về giao thoa bước sóng, số các liên kết mong muốn được chia bởi hai đường quang mà chia sẻ ít nhất một liên kết. Sự phân tích việc dùng liên kết và xác suất nghẽn thu được bằng cách xem xét một đường trung bình mà kéo dài khoảng cách hop trung bình (H) các liên kết trong mạng có và không có chuyển đổi bước sóng. Độ khuyếch đại G nhờ có chuyển đổi bước sóng mà được định nghĩa là tỉ số sử dụng liên kết giữa mạng có chuyển đổi bước sóng và không có chuyển đổi bước sóng với cùng một xác suất nghẽn. Độ khuyếch đại là tỉ lệ thức H/L (L là chiều dài tuyến). Kích cỡ chuyển mạch (D)lớn hơn làm tăng xác suất nghẽn trong mạng không có chuyển đổi bước sóng. Các mô hình trên được ứng dụng trong các mạng vòng, không thích hợp trong các mạng xóa kênh toàn quang và nó dự đoán đúng hệ số khuyếch đại thấp khi sử dụng chuyển đổi bước sóng trong mạng vòng. Mô hình đơn giản được miêu tả dựa trên tiêu chuẩn một chuỗi các liên kết độc lập, một đường quang yêu cầu hiểu rõ một mạng mà cách sử dụng của một bước sóng trên một sợi liên kết được thống kê một cách độc lập với các sợi liên kết khác và các bước sóng khác. Ở mô hình này, nói chung chỉ ước lượng xác suất nghẽn. Có W bước sóng trên một sợi liên kết và cho r là xác suất mà một bước sóng được sử dụng trên bất kì sợi liên kết (khi rW là số các bước sóng bận mong muốn trên bất kì sợi liên kết, r cũng là sợi bất kì được sử dụng). Chúng ta sẽ xét một tuyến liên kết H để kết nối từ node A đến node B cần được thiết lập. Đầu tiên, chúng ta sẽ xét một mạng với các bộ chuyển đổi bước sóng. P’b là xác suất mà yêu cầu kết nối từ node A đến node B sẽ bị chặn cân bằng với xác suất dọc theo tuyến liên kết H, có một liên kết sợi tồn tại với tất cả W bước sóng của nó được sử dụng để: Với q là khả năng sử dụng đối với việc đưa ra xác suất nghẽn trong mạng chuyển đổi bước sóng, chúng ta có: Ở đây lưu giữ các giá trị nhỏ của P’b/ H. Tiếp theo, chúng ta sẽ xét một mạng không có bộ chuyển đổi bước sóng. Xác suất Pb yêu cầu kết nối từ A đến B sẽ bị chặn nếu bằng xác suất dọc theo tuyến liên kết H này, mỗi bước sóng được sử dụng ít nhất trong một liên kết H, vì vậy: Với q là khả năng sử dụng đối với việc đưa ra xác suất nghẽn trong mạng không có chuyển đổi bước sóng, chúng ta có Ở đây lưu giữ các giá trị lớn của H và Pb1/W không phải là duy nhất. Nhận thấy kết quả thu được p tỉ lệ nghịch với H. Chúng ta định nghĩa G=q/p là ước lượng của ích lợi của chuyển đổi bước sóng, nó là tăng trong sử dụng (sợi hoặc bước sóng) với xác suất nghẽn giống nhau, đặt Pb= P’b Chúng ta có Ở đây lưu giữ Pb nhỏ, H lớn, W vừa phải để Pb1/W không phải là duy nhất. Vậy hệ số khuyếch đại tăng khi xác suất nghẽn giảm, nhưng hiệu suất là nhỏ với giá trị nhỏ của Pb. Khi W tăng thì G cũng tăng cho đến khi nó đạt đỉnh quanh W»10 (q»0.5) và độ khuyếch đại cao nhất gần H/2. Sau khi đạt tới đỉnh, G giảm nhưng giảm rất chậm. Nói chung, nhận ra rằng với số lượng lớn các bước sóng phù hợp, lợi ích của chuyển đổi bước sóng tăng cùng với chiều dài của các kết nối và giảm (ở mức độ không đáng kể) khi tăng số lượng các bước sóng. 2.2.2 Mối quan hệ Trong phần này chúng ta sẽ phân tích những công việc để miêu tả độ khuyếch đại khả dụng từ các mạng với các bộ chuyển đổi bước sóng. 2.2.2.1 Giới hạn trong các thuật toán RWA có và không có bộ chuyển đổi bước sóng Giới hạn cao hơn trên lưu lượng mang (hoặc bằng, nhỏ hơn trên xác suất nghẽn) trong một mạng WDM định tuyến bước sóng. Giới hạn này được chỉ ra là tiệm cận thu được bởi thuật toán RWA cố định sử dụng một số lượng lớn các bước sóng. Các hệ số tái sử dụng bước sóng – mà được xác định là lưu lượng lớn nhất trên một bước sóng để xác suất nghẽn có thể giảm nhỏ một cách tùy ý bằng cách sử dụng một số lượng các bước sóng phù hợp- là tìm cách để tăng các bộ chuyển đổi bước sóng sử dụng trong các mạng lớn. Mô phỏng đó đã chỉ ra rằng các bộ chuyển đổi bước sóng tăng 10-40% trong tổng số các bước sóng sẵn có được tái sử dụng của 14 mạng khoảng cách từ 16 đến 1000 node khi số các bước sóng có sẵn là nhỏ (10 hoặc 32 ). 2.2.2.2 Mạng đa sợi Lợi ích của chuyển đổi bước sóng trong mạng với liên kết đa sợi đã được nghiên cứu trong “kết hợp giữa trao đổi bước sóng và lựa chọn bước sóng kết nối chéo trong mạng quang đa bước sóng”.Các tuyến đa sợi tìm cách để giảm độ khuyếch đại thu được để chuyển đổi bước sóng và số các sợi này quan trọng hơn số các bước sóng cho trong mạng. Do vậy, một mạng kiểu lưới thừa hưởng độ khuyếch đại sử dụng cao hơn với chuyển đổi bước sóng cho yêu cầu lưu lượng giống nhau so với mạng vòng hoặc mạng kết nối hoàn toàn. 2.2.2.3 Giới hạn chuyển đổi bước sóng Hiệu quả của chuyển đổi bước sóng dải giới hạn (phần 2.2.2.1) mà hiệu năng thu được độ khuyếch đại trong mạng được xét ở phần “khoảng giới hạn bước sóng truyền dẫn trong mạng quang”. Mô hình này được sử dụng trong việc lưu giữ các chức năng của các thiết bị chuyển đổi bước sóng quang (ví dụ thiết bị dựa trên trộn 4 bước sóng). Mô hình phân tích được chỉ ra trong “xác suất nghẽn mạch trong mạng quang có bước sóng chuyển đổi và không chuyển đổi ” với giả thiết tải trọng tuyến tự do và các bước sóng tự do. Kết quả thu được chỉ ra rằng đó là những cải tiến đáng kể về hiệu năng nghẽn mạch của mạng thu được khi các bộ chuyển đổi bước sóng dải giới hạn bằng ¼ toàn bộ dải sử dụng. Hơn nữa, các bộ chuyển đổi với ½ toàn bộ dải chuyển đổi phân phát hầu như tất cả môi trường hoạt động được cho bởi bộ chuyển đổi dải đầy đủ lý tưởng. 2.2.2.4 Bước sóng chuyển đổi cực tiểu trong mạng WDM vòng Để giảm xác suất nghẽn, bộ chuyển đổi bước sóng có thể cải thiện hiệu năng tốt hơn bằng cách cho nhiều đường quang có khoảng cách dài, mà có thể bị nghẽn ở trạng thái khác, để thiết lập một mạng quang chuyển đổi bước sóng. Lợi ích của thay đổi bước sóng nhỏ nhất trong mạng vòng WDM,các tác giả định nghĩa tỉ số không đổi là tỉ số của hệ số không đổi không có chuyển đổi bước sóng trên hệ số không đổi khi có thay đổi bước sóng. Mô phỏng nghiên cứu trong mạng 195 nút giữa 15 mạng vòng WDM nối liền với nhau với 13 nút quan trọng tăng tỉ số thay đổi trạng thái này, xấp xỉ 10000 của 32 bước sóng. Khuynh hướng này cũng được tiến hành trong mạng vòng nhỏ hơn. Hơn nữa, để nối liền giữa những mạng vòng lớn, cải thiện này có thể thu được với chuyển đổi bước sóng chỉ với 10-20% số node. CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI BƯỚC SÓNG 3.1 Bộ chuyển đổi bước sóng nguyên khối bán dẫn (SIPAS) 3.1.1 Giới thiệu Trong những năm gần đây, WDM đã được sát nhập thành các mạng quang thương mại để đáp ứng những đòi hỏi về lưu lượng. Hơn nữa, việc mở rộng nghiên cứu nhằm mục đích vào các mạng dung lượng lớn. Thiết bị chuyển đổi bước sóng sẽ là chìa khóa cấu thành nên các mạng quang WDM này. Thiết bị cơ bản dựa trên điều biến pha chéo XPM trong bộ khuyếch đại quang bán dẫn (SOA) có nhiều đặc điểm rất thu hút như tỉ số phẩm chất cao, nhiễu âm tần thấp, có khả năng phục hồi dạng sóng. Các thiết bị này còn dựa trên điều biến pha khác nhau(DPM), mà tận dụng XPM trong hệ thống khác nhau. Nó có thể vượt qua giới hạn tốc độ bằng thời gian sống của sóng mang trong SOA. Chuyển đổi bước sóng tốc độ cao quá 100 Gbit/s sử dụng DPM. Trong phần này, một bộ lọc quang yêu cầu phải loại bỏ tín hiệu đầu vào. Trong trường hợp này bước sóng có thể chuyển đổi, thời gian đáp ứng của mỗi bộ lọc có thể giới hạn bởi hệ thống thực hiện. 3.1.2 Cấu trúc và nguyên lí hoạt động của thiết bị (Hình 3.1) là hình ảnh cấu tạo của SIPAS. SIPAS là một giao thoa kế Sagnac với một cấu trúc khuyếch đại nền (PAS), mà là giao thoa kế Mach-Zehner (MZI) có các SOA không nhạy cảm phân cực trong mỗi bên. SOA có một cấu trúc phủ pn. Các giao thoa kế cấu trúc các ống dẫn sóng bị động có cấu trúc high-mesa. SIPAS chế tạo nguyên khối bằng cặp high-mesa và được chôn các ống dẫn sóng. Độ dài SOA là 600 mm và tổng kích thước chip là 4.5mm´1.5 mm. Hình 3.1 Hình ảnh cấu tạo của SIPAS Nguyên lí hoạt động thiết bị này được chỉ ra trong (hình 3.2). Một ánh sáng CW vào được chia thành ánh sáng đi theo chiều kim đồng hồ (CLW) và CCW. Khi PAS được đặt không đối xứng trong vòng lặp, các ánh sáng CLW và CCW tiếp cận SOA tại các thời điểm khác nhau, dẫn tới sự khác biệt pha điều chế giữa CLW và CCW khi ánh sáng tín hiệu được đưa vào SOA. Sau khi trải qua vòng lặp, CLW và CCW được chồng vào nhau và truyền dẫn tới cổng ra nhờ DPM. Chúng ta đặt PAS lệch 0,5mm so với cửa sổ chuyển mạch của DPM tương đương ~11ps. Điều này cho phép hoạt động tốc độ cao trên 40 Gbit/s. Vì PAS là một bộ đo giao thoa Mach-Zehnder đối xứng nên nó có thể được đặt ở chế độ xuyên ngang bằng cách tiêm cùng một dòng điều khiển vào cả hai SOA. Trong trạng thái này tín hiệu và ánh sáng CW được đưa ra các cổng ra khác nhau nếu chúng được đưa vào từ các cổng vào khác nhau vì thế tín hiệu sẽ không thể tham gia vòng lặp và tạo ra chuyển đổi bước sóng bộ lọc hoàn toàn. SOA SOA Converted signal Input signal 3-dB Coupler 3-dB Coupler CW light Input signal Chuyển đổi bước sóng bởi điều biến sai pha Pha thay đổi Clockwise Counter clockwise Counter clockwise Thời gian Công suất Thời gian Clockwise Signal light PAS Converted light CW light Signal light 3-dB Coupler Hình 3.2. Nguyên lí làm việc của SIPAS 3.1.3 Thiết kế và chế tạo Để thiết kế các thiết bị tích hợp nguyên khối như là SIPAS, cần phải xây dựng một vùng tích cực hiệu suất cao và vùng thụ động suy hao thấp tại cùng thời điểm. Để thoả mãn yêu cầu này chúng ta tận dụng cấu trúc chôn pn, rất phổ biến trong SOA cho vùng tích cực và cấu trúc mặt high-mesa, có suy hao đường truyền thấp và rất hiệu quả cho các thiết kế mạch nhỏ cho vùng thụ động. Để tăng cường tối đa hiệu quả ghép giữa các ống dẫn sóng chôn và các ống dẫn sóng high-mesa thì độ rộng của ống dẫn sóng chôn phải nằm giữa 1,2-1,5mm. Nói chung độ khuyếch đại G (dB) của một SOA có thể được biểu diễn bởi biểu thức: G= 10 log(exp(GgL)) Trong đó g là hệ số độ khuyếch đại, L là chiều dài SOA và G là thông số giới hạn cho tầng tích cực. Sự khác biệt độ khuyếch đại phụ thuộc vào phân cực DG (dB) có thể được biểu diễn bởi: DG = GTE –GTM » gTE GTE - gTM GTM Trong đó GTE và GTM là các độ khuyếch đại, gTE và gTM là các hệ số độ khuyếch đại và GTE và GTM là các thông số giam hãm quang cho tín hiệu phân cực TE và TM một cách tương ứng. Khi vùng xen của một tầng tích cực là hình chữ nhật như đã đề cập ở trên thì thông số giam hãm quang có sự phụ thuộc phân cực, và GTE lớn hơn GTM. Để chế tạo một SOA không nhạy cảm với phân cực (DG=0) thì thông số độ khuyếch đại g nên phụ thuộc vào phân cực và bù cho sự phụ thuộc phân cực của thông số giam hãm quang G. Sự phụ thuộc phân cực của thông số độ khuyếch đại g có thể được điều khiển bằng cách đưa strain vào tầng tích cực. Khi hằng số lưới của tầng tích cực là nhỏ hơn giá trị đó của tầng con thì tầng tích cực được căng trong kiến trúc song song so với bề mặt tầng con. Điều này tạo ra tính dị hướng trong thông số độ khuyếch đại g và kết quả là thông số độ khuyếch đại cho mode TM gTM sẽ tăng. Do đó điều kiện gTEGTE = gTMGTM sẽ có thể đạt được. Hình 2.3 chỉ ra sự khác biệt về độ khuyếch đại cho các ánh sáng phân cực TE và TM theo hàm của strain khi GTE/GTM = ½. Hình 3.3 Độ khuyếch đại khác nhau đối với các ánh sáng phân cực TE và TM như một hàm của strain khi GTE/GTM =1.2 Hình trên chỉ ra trường hợp khi độ khuyếch đại chip là 10 dB/300 mm. Độ dốc là 1,8 dB/0,1% thay đổi trong strain. Chúng ta cũng có thể có một SOA không nhạy cảm theo phân cực bằng cách sử dụng một strain khoảng 0,1%. Quá trình chế tạo được mô tả ngắn gọn như sau: Đầu tiên tầng tích cực của SOA, bao gồm một tầng InGaAsP căng 0,1% dầy 0,2mm (lg=1,53 mm) với một tầng (SCH) cấu trúc lục giác giam hãm dành riêng ở trên dầy 0,1mm (lg = 1,2 mm) được phát triển trên một cấu trúc con InP. Sau đó lõi InGaAsP dầy 0,5-mm (lg= 1.05 mm) và một tầng vỏ InP dầy 1,0-mm được kết nối lại. Tiếp đó viền SOA được khắc axit khô và được cấy bởi một tầng khối p-n và một tầng vỏ InP giầu p. Tầng này sẽ được phát triển trên vùng thụ động, được loại bỏ để giảm suy hao truyền dẫn của ống dẫn sóng thụ động. Cuối cùng các ống dẫn sóng thụ động high-mesa tạo nên giao thoa Sagnac và Mach-Zehnder được tạo ra bằng cách Br2-N2 tái tích cực tia axit. Suy hoa truyền dẫn của ống dẫn sóng thụ động high-mesa là khoảng 5dB/cm. Suy hao kết hợp giữa SOA và vùng thụ động là khoảng 1dB bao gồm suy hao kết hợp từ tích cực sang thụ động và suy hao kết hợp từ high-mesa sang vùng chôn. Hình 3.4 chỉ ra một hình ảnh của SEM của thiết bị được chế tạo. Hình 3.4a vẽ vùng pha tạp của ống dẫn sóng thụ động high-mesa. Chúng ta có thể nhìn thấy một giới hạn gần như thẳng đứng và rất mỏng trong hình. Suy hao truyền dẫn của ống dẫn sóng này là khoảng 5dB/cm. Sự tăng trong suy hao do quá trình tích hợp nguyên khối là khoảng 3dB/cm. Hình 3.4b chỉ ra vùng pha tạp của SOA chôn. Nó chỉ ra rằng tầng khối p-n được đặt ở một vị trí lý tưởng. Điều này là bởi vì quá trình chế tạo SOA này là giống với quá trình của SOA truyền thống, do đó các đặc tính của SOA này giống với các đặc tính của SOA truyền thống và không bị giảm chất lượng do quá trình tích hợp các ống dẫn sóng thụ động. Hình 3.4c chỉ ra giao diện giữa ống dẫn sóng thụ động high-mesa và SOA. Các ống dẫn sóng với các cấu trúc hoàn toàn khác nhau đã được liên kết một cách hoàn hảo. Suy hao kết hợp giữa SOA và vùng thụ động là khoảng 1dB, bao gồm suy hao tích cực sang thụ động và suy hao ghép high-mesa sang chôn. Hình 3.4. Ảnh SEM của thiết bị chế tạo 3.1.4. Các đặc tính của thiết bị Đầu tiên các đặc tính cơ bản của SOA với tầng tích cực sẽ được nghiên cứu. Hình 5 chỉ ra các đặc tính độ khuyếch đại dòng của một SOA với một ống dẫn sóng thụ động. Chiều dài của vùng tích cực SOA và ống dẫn sóng thụ động là 600 và 400 mm. Bước sóng tín hiệu đầu vào là 1560nm và công suất đầu vào là -10dBm. Ánh sáng đầu vào được ghép vào thiết bị nhờ sử dụng một sợi thấu kính duy trì phân cực và ánh sáng ra được ghép nhờ sử dụng một sợi thấu kính khác. Độ khuyếch đại sợi-sợi là > 13dB và sự phụ thuộc phân cực của độ khuyếch đại là < 1dB. Sự ảnh hưởng của phản xạ tại các giao diện giữa SOA chôn và ống dẫn sóng high-mesa thụ động là không quan sát thấy. Nó chỉ ra rằng các ống dẫn sóng này được ghép một cách khá tốt khôngchỉ về mặt vật lý mà còn về mặt quang học. Hình 3.5. Các tham số dòng khuyếch đại của SOA Hình 3.6. Hình ảnh phổ từ cổng ra khi dòng đến được bơm vào a) chỉ SOA1 và b) cả hai SOA Tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét ảnh hưởng lọc của SIPAS. Một ánh sáng CW và một ánh sáng tín hiệu sẽ được tiêm vào từ cổng CW và cổng tín hiệu tương ứng. Bước sóng của tín hiệu và CW lần lượt là 1552,6 và 1550nm. Công suất đầu vào của tín hiệu và CW đều là 5dBm. Hình 3.6 chỉ ra phổ của cổng ra. Hình 3.6a chỉ ra phổ của cổng ra khi dòng điều khiển là 217mA chỉ được tiêm vào SOA1. Trong trường hợp này SOA2 có tính hấp thụ vì dòng điều khiển không được tiêm và kết quả là xuyên âm không xảy ra trong PAS. Do đó tín hiệu đầu vào sẽ thẩm thấu vào vòng Sagnac và tín hiệu đầu vào và ánh sáng chuyển đổi sẽ được đưa ra ngang bằng nhau như được chỉ ra trong hình 3.6a. Ngược lại khi các dòng điều khiển là 212 và 217 mA được tiêm lần lượt vào SOA1 và SOA2 thì xuyên âm sẽ xuất hiện trong PAS. Vì PAS có cấu trúc đối xứng nên gần như các dòng tiêm như vậy thiết lập PAS ở trạng thái pha tạp. Điều này cho phép phân tách theo không gian tín hiệu vào tín hiệu chuyển đổi. ánh sáng tín hiệu đầu vào sẽ không thể tham gia vào vòng lặp Sagnac. Do đó chỉ có tín hiệu chuyển đổi là xuất hiện ở đầu ra như trên hình 3.6b. Tỷ lệ nén là khoảng 27dB như được chỉ ra trên hình. Tỷ lệ này đủ lớn để thực hiện hành động lọc hoàn toàn. Đây là đặc tính quan trọng nhất của SIPAS. Sự hoạt động của SIPAS nhờ DPM giữa các ánh sáng CLW và CCW. Tiếp theo chúng ta sẽ kiểm tra các đặc tính DPM bằng cách quan sát các dạng sóng của tín hiệu đầu vào và tín hiệu đã chuyển đổi bước sóng nhờ một streack camera. Các điều kiện hoạt động giống như các điều kiện đã được trình bày ở trên. Hình 3.7a và 3.7b chỉ ra các dạng sóng của tín hiệu đầu vào và tín hiệu chuyển đổi. Độ rộng xung đầu vào là 12ps và tốc độ lặp là 1GHz. Chúng ta đặt PAS lệch 0,5mm để thời gian trễ truyền dẫn giữa ánh sáng CLW và CCW là khoảng 11ps. Độ rộng xung đầu ra là 13ps, rất gần với giá trị mong muốn 11ps. Đây là bằng chứng về sự hoạt động của DPM. Các kết quả thí nghiệm này chỉ ra rằng chuyển đổi bước sóng nhanh nhờ DPM có thể đạt được trong điều kiện lọc hoàn toàn nhờ sử dụng SIPAS. Cuối cùng chúng ta xem xét các đặc tính động của chuyển đổi bước sóng lọc hoàn toàn. Hình 3.8 chỉ ra biểu đồ mắt của các tín hiệu đầu vào và tín hiệu đã chuyển đổi bước sóng tại tốc độ 10Gbit/s. Công suất trung bình của tín hiệu đầu vào và ánh sáng CW tương ứng là 7,9 và 13dBm. Sự mở mắt hoàn toàn là có thể đạt được. Các đặc tính tỷ lệ lỗi bít tương ứng được chỉ ra trong hình 3.9. Thiệt hại về công suất, hay là giá trị sẽ định nghĩa độ giảm cấp tại tỷ lệ lỗi bit 10-12 là nhỏ tới ~0,9dB. Nguồn gốc về thiệt hại công suất này được cho là do sự tích luỹ của các phát xạ đồng thời được khuếch đại từ các SOA. Hình 3.7. Dạng sóng quang của tín hiệu vào (a) và tín hiệu chuyển đổi (b) Hình 3.8. Biểu đồ quan sát của tín hiệu vào (a) và tín hiệu chuyển đổi(b) Trong phần này chỉ giới thiệu các kết qủa thí nghiệm tại tốc độ 10Gbit/s. Tuy nhiên tới nay tốc độ hoạt động lọc hoàn toàn có thể lên tới 40 Gbit/s. Trong một SIPAS độ rộng của cửa sổ đầu ra (độ rộng xung đầu ra) và tốc độ lặp có thể được thiết kế một cách độc lập. Điều này cho phép SIPAS không những chỉ sử dụng trong chuyển đổi bước sóng mà còn sử dụng trong các bộ giải ghép kênh toàn quang. Ví dụ, khi cửa sổ đầu ra là 11ps và tốc độ lặp là 10GHz SIPAS có thể được sử dụng để giải ghép kênh từ 80 xuống 10 Gbit/s. Hơn thế nhờ đặc tính lọc hoàn toàn của SIPAS chuyển đổi bước sóng mà trong đó bước sóng đầu ra thay đổi động là có thể thực hiện được. Điều này cho phép định tuyến bước sóng quang trong đó định tuyến bước sóng theo mỗi gói tin được thực hiện nhờ sử dụng chuyển đổi bước sóng. SIPAS là một thiết bị có rất nhiều đặc tính đặc biệt và nhiều nhà khoa học đang tiếp tục triển khai bao gồm cả nghiên cứu các ứng dụng của nó cho 3R toàn quang. Hình 3.9. Đặc trưng tốc độ lỗi bit tại tốc độ bit 10Gbit/s 3.1.5 Kết luận SIPAS là một thiết bị chuyển đổi bước sóng có một cấu trúc mạch quang mới. Nó được chế tạo nhờ sử dụng công nghệ tích hợp nguyên khối bán dẫn. Nó gồm một giao thoa sagnac với một cấu trúc khuếch đại song song mà thực ra là một giao thoa Mach-Zehnder có các SOA không nhạy cảm phân cực. Đặc tính quan trọng nhất của SIPAS là lọc hoàn toàn. Chúng ta đã chế tạo một SIPAS được tích hợp nguyên khối nhờ sử dụng các ống dẫn sóng high-mesa và các SOA chôn p-n với một tầng tích cực căng. Sử dụng SIPAS vừa chế tạo này chúng ta đã đạt được chuyển đổi bước sóng lọc hoàn toàn với cửa sổ đầu ra 13ps nhờ điều chế ví sai pha. Thiệt hai công suất là rất nhỏ, khoảng 0,9dB tại tốc độ 10Gbit/s. 3.2 Kỹ thuật ghép đa kênh quang và ứng dụng của nó cho một khối SIPAS 3.2.1 Giới thiệu Sự phát triển rất nhanh chóng của lưu lượng truyền