6.6. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhạy thu của hệ thống coherent
6.6.3. Không t−ơng xứng về phân cực
Trạng thái phân cực của tín hiệu quang thu đ−ợc không đóng một vai trò nμo trong trường hợp các bộ thu tách sóng trực tiếp đơn giản lμ vì dòng photo được tạo ra trong các bộ thu nh− vậy chỉ phụ thuộc vμo số l−ợng các photon tới, không liên quan đến trạng thái phân cực của chúng. Nhưng trong trường hợp các bộ thu quang Coherent lại đòi hỏi sự tương xứng (hay phối hợp) về trạng thái phân cực của bộ dao động nội với trạng thái phân cực của tín hiệu thu đ−ợc. Những yêu cầu về sự phối hợp phân cực có thể hiểu đ−ợc từ phần 6.2, trong đó đã sử dụng các trường vô hướng Es vμ ELO với một giả thiết ngầm lμ trạng thái phân cực của hai tr−ờng lμ nh− nhau. Nếu gọi ês vμ êLO t−ơng ứng lμ các vectơ
đơn vị có hướng lμ hướng phân cực của Es vμ ELO. Vì thế mμ biểu thức giao thoa trong phương trình (6-3 ) luôn tồn tại hệ số cosθ trong đó θ lμ góc giữa ês vμ êLO. Vì mạch quyết
Bộ tách sóng
Bộ tách sóng
+ -
Sử lý tín hiệu
Coupler 3 dB Tín hiệu quang
Dao động nội
định dùng biểu thức giao thoa để tái tạo lại dòng bit đ−ợc phát đi nên bất kì sự thay đổi nμo của θ khỏi giá trị lý t−ởng của nó θ = 0 cũng lμm cho tín hiệu bị giảm do pha đinh vμ từ đó gây ảnh hưởng đến hoạt động của máy thu. Đặc biệt, nếu như trạng thái phân cực của Es vμ ELO lμ vuông góc với nhau (θ = 900), thì tín hiệu bị biến mất (pha đinh hoμn toμn). Ngoμi ra, bất kỳ sự thay đổi nμo của θ cũng ảnh hưởng đến BER thông qua sự thay
đổi về dòng bộ thu vμ tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR.
Trạng thái phân cực êLO của bộ dao động nội đ−ợc xác định bởi laser vμ đ−ợc giữ cố
định. Đây cũng lμ trường hợp đối với tín hiệu được phát trước khi nó được đưa vμo trong sợi quang. Tuy nhiên tại đầu ra của sợi quang, trạng thái phân cực ês của tín hiệu thu đ−ợc sẽ khác với trạng thái phân cực của tín hiệu đã đ−ợc phát lμ do l−ỡng chiết của sợi quang, nh− đã đề cập đến ở phần 2.1.3 trong nội dung về sợi quang đơn mode. Sự thay đổi nh−
vậy sẽ không gây ra vấn đề gì nếu giữ cho ês không thay đổi theo thời gian vì có thể lμm cho ês phối hợp đ−ợc với êLO bằng một kỹ thuật quang đơn giản. Nguyên nhân chính của vấn đề nằm ở chỗ đối với hầu hết các sợi quang, ês thay đổi một cách ngẫu nhiên do sự thăng giáng của lưỡng chiết liên quan đến sự thay đổi của môi trường (không đồng đều về ứng lực, sự thay đổi về nhiệt độ, vv...). Những sự thay đổi nh− vậy xảy ra trong khoảng thời gian từ vμi micro giây đến vμi giây. Điều nμy dẫn đến sự thay đổi ngẫu nhiên trong BER vμ bộ thu không thể sử dụng đ−ợc trừ khi sử dụng một số sơ đồ lμm cho BER không phụ thuộc vμo sự thăng gián phân cực. Mặc dù sự thăng giáng phân cực không xảy ra đối với các sợi quang duy trì phân cực, nh−ng những sợi quang nμy lại không đ−ợc sử dụng trong thực tế vì suy hao của nó lớn hơn so với các sợi quang thông th−ờng [1,35]. Hơn nữa, sợi quang đã đ−ợc lắp đặt xong rồi lại không phải lμ loại duy trì phân cực. Vì thế cần có một giải pháp nhằm giải quyết vấn đề không phối hợp về phân cực. Hình 6.15 mô tả
tiết diện của một số loại sợi duy trì phân cực.
Hình 6.15. Các loại tiết diện ngang lõi không đối xứng của các sợi duy trì phân cực.
Đã có một vμi sơ đồ đ−ợc thiết kế nhằm giải quyết vấn đề không phối hợp về phân cực.
Tại một trong những sơ đồ đó, trạng thái phân cực của tín hiệu quang đ−ợc kiểm soát, vμ có một kỹ thuật điều khiển hồi tiếp đ−ợc sử dụng để phối hợp êLO với ês. Sơ đồ khác lại dùng cách trộn vμ trải phân cực để lμm cho ês thay đổi một cách ngẫu nhiên trong suốt khoảng thời gian một bit. Sự thay đổi nhanh của ês ít ảnh hưởng xấu hơn so với sự thay
đổi chậm của nó vì l−ợng công suất trung bình nhận đ−ợc trong khoảng thời gian một bit
đối với mỗi trường hợp lμ như nhau. Dạng sơ đồ thứ ba lại sử dụng sự kết hợp pha quang
để giải quyết vấn đề phân cực. Tín hiệu kết hợp pha có thể đ−ợc tạo ra ở bên trong sợi quang tán sắc dịch chuyển bằng cách sử dụng sự pha trộn bốn sóng để sự phân cực của nó phối hợp đ−ợc với sự phân cực của tín hiệu tới. Laser bơm đ−ợc sử dụng để pha trộn bốn sóng còn có một vai trò quan trọng trong bộ dao động nội. Dòng photon tạo ra có thμnh phần tần số gấp 2 lần sự lệch cộng hưởng tín hiệu bơm mμ có thể được dùng để khôi phục lại dòng bit.
H×nh 6.16. Bé thu Coherent ph©n tËp ph©n cùc.
Phương pháp thông dụng nhất được sử dụng để giải quyết vấn đề phân cực lμ dùng các máy thu hai cổng tương tự như đã chỉ ra trong hình 6.14, nhưng khác ở chỗ hai nhánh sẽ xử lí các thμnh phần phân cực trực giao với nhau. Các máy thu nh− vậy đ−ợc gọi lμ các máy thu phân tập phân cực. Hoạt động của chúng độc lập với trạng thái phân cực của tín hiệu thu đ−ợc. Vấn đề điều khiển phân cực ở đây cũng đã đ−ợc nghiên cứu áp dụng do mức độ quan trọng của nó trong việc thiết kế các hệ thống thông tin quang Coherent.
Hình 6.16 chỉ ra sơ đồ khối của một bộ thu phân tập phân cực. Một bộ chia chùm phân cực đ−ợc dùng để nhận các thμnh phần phân cực trực giao, sau đó chúng đ−ợc xử lí một cách riêng biệt trong mỗi nhánh của bộ thu hai cửa. Khi các dòng photo có trong hai nhánh đ−ợc bình ph−ơng lên rồi cộng lại với nhau, tín hiệu thu đ−ợc sẽ không phụ thuộc vμo sự phân cực. Tuy nhiên phải đền bù một l−ợng công suất để thực hiện việc phân tập phân cực nμy, vμ mức độ mất mát phụ thuộc vμo các kỹ thuật điều chế cũng nh− kỹ thuật
Tách sóng
Bộ kết hợp
Laser dao
động nội Sợi quang
Trạng thái phân cực của Laser dao động nội Bé chia ph©n cùc
Bé trén quang
Trạng thái phân cực ánh sáng
1
2
Giải điều chế
giải điều chế đ−ợc sử dụng trong máy thu. Đối với giải điều chế đồng bộ, công suất đền bù có thể lớn hơn 3 dB. Tuy nhiên, đối với các máy thu không đồng bộ thì công suất đền bù chỉ khoảng 0,4 ữ 0,6 dB. Kỹ thuật phân tập phân cực có thể kết hợp với kỹ thuật phân tập pha để tạo ra bộ thu quang không phụ thuộc vμo cả sự thăng giáng về phân cực vμ sự thăng gián về pha của tín hiệu thu đ−ợc. Đặc tính của các bộ thu nh− vậy bị giới hạn bởi nhiễu cường độ của bộ dao động nội. Trong các hệ thống Coherent thực tế, bộ thu quang phân tập phân cực cân bằng đ−ợc sử dụng cùng với laser có độ rộng phổ hẹp để đơn giản hoá việc thiết kế bộ thu vμ để tránh những hạn chế gây ra do nhiễu cường độ vμ sự thăng gián về phân cực.