Bộ khuếch đại quang EDFA

Là một loại khuếch đại quang. Là tên viết tắt của từ “Erbium Doped Fiber Amplifier” (Sợi khuếch đại pha tạp Ecbi) Được sử dụng để tăng cường độ của tín hiệu quang học đang được tiến hành thông qua một sợi quang hệ thống thông tin liên lạc Bên trong có một lõi được pha tạp một lượng lớn ion Ecbi Thực hiện dựa trên nguyên lý phát xạ kích thích

EDFA

EDFA là gì ?

 Là một loại khuếch đại quang.

 Là tên viết tắt của từ “Erbium Doped Fiber Amplifier”

(Sợi khuếch đại pha tạp Ecbi)

 Được sử dụng để tăng cường độ của tín hiệu quang học đang được tiến hành thông qua một sợi quang

hệ thống thông tin liên lạc

 Bên trong có một lõi được pha tạp một lượng lớn ion Ecbi

 Thực hiện dựa trên nguyên lý phát xạ kích thích

Lược sử của EDFA

 Do giáo sư David Payne và nhóm nghiên cứu

 Các bài nghiên cứu được đăng trên báo vào năm 1987

 Tại Đại học Southampton, Vương quốc Anh

Vì sao sử dụng Ecbi

trở thành một lựa chọn hoàn hảo trong việc

khuếch đại quang.

được kích thích để phát ra trong khoảng 1540nm,

là dải tần mà có sự suy hao công suất là nhỏ nhất trong hầu hết các loại sợi quang.

được kích thích bởi một tín hiệu ở bước sóng

980nm hoặc 1480nm, cả hai đều có thể thực hiện ở trong cáp quang mà không gây ra suy hao lớn.

Cấu trúc của EDFA

Sợi quang pha ion đất hiếm

Erbium: là nơi xảy ra quá trình

khuếch đại (vùng tích cực) của

EDFA.

Laser bơm: cung cấp năng lượng

ánh sáng Laser bơm phát ra ánh

sáng có bước sóng 980nm hoặc

1480nm.

WDM Coupler: Ghép tín hiệu quang cần khuếch đại và ánh sáng

từ laser bơm vào trong sợi quang

Có bước sóng 980/1550nm hoặc

1480/1550nm

Bộ cách ly quang: ngăn không cho tín hiệu quang được khuếch đại phản xạ ngược về phía đầu phát hoặc các tín hiệu quang trên đường truyền phản xạ ngược về

EDFA

Cấu tạo của cáp

Hoạt động EDFA

Tín hiệu ánh sáng

bơm vào

(980 hoặc 1480 nm)

Tín hiệu

vào có

bước sóng

1550nm

Cáp quang có pha tạp Ecbi

Phát xạ tự phát Phát xạ tự phát

Tín hiệu ánh sáng bơm

ở đầu ra (980 and 1480 nm)

Tín hiệu ra

có bước sóng 1550nm

Dạng phổ của EDFA

Nguyên lý hoạt động

Giản đồ năng lượng

4I 15/2

4I 13/2 4I 11/2

4I 9/2 4F 9/2

1480nm

1536nm

980nm

800nm

650nm

• Laser bơm (bước sóng 980nm hoặc 1480nm) được sử dụng để kích thích sợi cáp quang có pha tạp Ecbi lên một mức năng lượng cao hơn.

• Cáp quang có pha tạp Ecbi ở mức năng lượng 4I – 13/2 cho đến khi được kích hoạt bởi một photon có bước sóng 1550 đi qua, đúng lúc xảy ra sự nhân đôiphoton.

Khi sử dụng nguồn bơm laser 980 nm, các ion Er3+ ở vùng nền

sẽ nhảy lên mức năng lượng cao hơn ở vùng bơm Ở đó các ion bức xạ rất nhanh (1µs) và chuyển xuống vùng giả bền Khi sử dụng nguồn bơm 1480nm, các ion sẽ hấp thu năng

lượng và nhảy lên đỉnh của vùng giả bền

Sau một khoảng thời gian sống (10ms) nếu ko dc kích thích bởi các photon thì các ion sẽ chuyển xuống vùng nền và phát xạ

ra photon(phát xạ tự phát)

Nếu cho tín hiệu ánh sáng đi vào sẽ có 2 trường hợp:

• Các photon tín hiệu bị hấp thụ bởi các ion Er3+ ở vùng nền

 tín hiệu bị suy hao

• Các photon tín hiệu sẽ kích thích các ion ở vùng giả bền

Khi đó các ion sẽ bị kích thích chuyển từ vùng giả bền

xuống vùng nền và phát xạ ra photon có cùng hướng

truyền, cùng phân cực, cùng pha và cùng bước sóng  tín hiệu ánh sáng được khuếch đại

Hiệu suất biến đổi năng

lượng quang

Bước sóng

Số nhiễu nhỏ nhất

Hiệu suất lượng tử của laser

Hướng bơm

 Nhiễu thấp nhưng công suất tín hiệu vào cũng phải thấp

 Công suất ra bão hòa cao nhưng có hệ số nhiễu cao hơn bơm thuận

Hướng bơm

 Tại 1480nm có hiệu suất lượng tử cao hơn

nhưng có hệ số nhiễu cao hơn, trong khi bơm tại bước sóng 90nm có thể cung cấp một hệ số nhiễu gần mức giới hạn lượng tử Hệ số nhiễu thấp phù hợp cho các ứng sụng tiền khuếch đại

Đặc điểm của EDFA

Đặc điểm của EDFA

 Sự bão hòa xảy ra khi công suất tín hiệu vào

EDFA lớn gây ra sự giảm hệ khuếch đại  giới hạn công suất ra của bộ khuếch đại  công suất tín hiệu ở ngõ ra bị hạn chế

Các ưu điểm của EDFA

 Hoạt động tốt nhất trên băng tần C và L

 Ít bị ảnh hưởng bởi sự phân cực

 Hệ số nhiễu thấp : 4,5 dB đến 6dB

 Tín hiệu không biến dạng ở tốc độ bit cao

Các ưu điểm của EDFA

 Nguồn laser bán dẫn: độ tin cậy, gọn, công suất cao

 Cấu hình đơn giản: hạ giá thành hệ thống

 Cấu trúc nhỏ gọn: dễ vận chuyển & thay thế

Khuyết điểm

 Phải có bơm laser

đại nhiều tầng