Bộ khuếch đại Raman trong hệ thống thông tin quang

Bộ khuếch đại Raman trong hệ thống thông tin quang

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Hiện tượng tán xạ Raman nhà khoa học C.V.Raman phát vào năm 1928 Một mặt tán xạ Raman gây ảnh hưởng xấu tới trình truyền dẫn, mặt khác có khả khuếch đại tín hiệu Các nghiên cứu sau chủ yếu nghiên cứu khả khuếch đại tín hiệu tán xạ Raman Bộ khuếch đại Raman đời sở tượng này.Với nhiều ưu điểm khuếch đại Raman phù hợp với hệ thống WDM Nó cho phép khoảng cách truyền dẫn tín hiệu xa hơn, dung lượng lớn Nhận thấy tầm quan trọng khuếch đại Raman, em chọn đề tài “ Bộ khuếch đại Raman hệ thống thông tin quang” Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Tổng quan tán xạ Raman ảnh hưởng đến hệ thống thông tin quang Chương 2: Bộ khuếch đại Raman Chương 3: Ứng dụng khuếch đại Raman hệ thống thông tin quang Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Vũ Văn Rực giúp em hoàn thành đồ án tất thầy, cô giáo môn CHƯƠNG I TÁN XẠ RAMAN 1.1 Tổng quan tán xạ Raman 1.1.1 Sợi quang Sợi quang ống dẫn sóng có khả truyền thông tin dạng ánh sáng.Kích thước nhỏ Về cấu tạo sợi quang gồm lớp bản: + Lớp lõi thường làm thủy tinh, hình trụ tròn, có chiết suất + Lớp vỏ bọc thường làm thủy tinh plastic hình trụ, có chiết suất < Hình 1.1 Cấu tạo sợi quang Cần phải để ý đến yếu tố tán sắc, suy hao sợi, hiệu ứng phi tuyến, … tác động tới tín hiệu quang sợi quang Sợi quang thường chế tạo từ Si.Cũng thay đổi số thông số sợi quang cách pha tạp sợi quang với số chất khác Ví dụ muốn thay đổi chiết suất lõi sợi quang thêm vào Ge 1.1.2 Các hiệu ứng phi tuyến “Các hiệu ứng phi tuyến hiệu ứng quang mà tham số phụ thuộc vào cường độ ánh sáng” Đối với hệ thống thông tin quang làm việc mức công suất trung bình ta coi ảnh hưởng tượng phi tuyến không đáng kể Còn hệ thống làm việc mức công suất cao cần phải xem xét đến ảnh hưởng tượng phi tuyến.Đặc biệt hệ thống WDM, với yêu cầu cao chất lượng việc nghiên cứu tượng phi tuyến quang trọng Các hiệu ứng phi tuyến gồm hai loại: Đầu tiên tán xạ Rayleigh sinh tác động tương tác lẫn sóng ánh sáng phonon Trong tán xạ Rayleigh lại gồm tán xạ kích thích Brillouin tán xạ kích thích Raman Thứ hai hiệu ứng Kerr sinh ảnh hưởng cường độ điện trường hoạt động chiết suất Các hiệu ứng phi tuyến quan trọng loại gồm hiệu ứng tự điều pha(SPM),hiệu ứng điều chế xuyên pha(CPM),hiệu ứng trộn bước sóng(FWM) Sau số công thức tính toán Mối liên quan công suất, chiết suất cường độ ánh sáng: n= + I = + () (1.1) Trong Aeff diện tích hiệu dụng sợi quang, n2 gọi số chiết suất phi tuyến, thành phần phụ thuộc bước sóng chiết suất Hệ số phi tuyến tỷ số n / Aeff Một tham số bỏ qua tìm hiểu tượng phi tuyến tham số γ = ω n2 cAeff = 2π n2 λ Aeff (1.2) Trong đó, c vận tốc ánh sáng chân không,là tần số góc ánh sáng , diện tích hiệu dụng sợi λ bước sóng ánh sáng Aeff Ngoài yếu tố nêu số yếu tố kể đến độ dài sợi, khoảng cách kênh, công suất tín hiệu 1.1.3 Tán xạ ánh sáng Tán xạ tượng ánh sáng bị lệch phương so với phương ban đầu truyền qua môi trường vật chất Năm 1928 nhà khoa học Raman phát tượng tán xạ Raman Khi chiếu chùm ánh sáng vào môi trường vật chất phần ánh sáng bị tán xạ đa phần ánh sáng truyền thẳng Tùy vào môi trường mà ánh sáng chiếu vào gây loại tán xạ khác Điển hình loại tán xạ Raman, Brillouin,Rayleigh… Tán xạ Raman tán xạ Brilouin trình tán xạ không đàn hồi , phân tử bị đẩy nên trạng thái kích thích có ánh sáng truyền qua làm cho tần số ánh sáng tới khác với tần số ánh sáng tán xạ Trong tán xạ Rayleigh tán xạ đàn hồi, có ánh sáng truyền qua phân tử vật chất không bị kích thích mà giữ nguyên trạng thái tần số ánh sáng tới tần số ánh sáng tán xạ Trong sợi quang hiệu ứng tán xạ làm ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền, làm giảm cự ly truyền giảm chất lượng hệ thống truyền dẫn quang Tán xạ tác nhân gây nhiễu lẫn kênh hệ thống WDM Bên cạnh ảnh hưởng xấu đến chất lượng truyền dẫn tán xạ Raman có ưu điểm sử dụng để khuếch đại Tán xạ Raman ứng dụng khuếch đại Raman làm việc ánh sáng có bước sóng mà khuếch đại quang sợi EDFA hoạt động Ngoài tán xạ Raman tán xạ Brilouin có số ưu điểm, ứng dụng cảm ứng nhiệt độ Tần số Hình 1.2 Tần số ánh sáng tán xạ 1.1.4 Tán xạ Raman Khi chiếu chùm sáng vào môi trường vật chất Raman phát chùm sáng thu sau qua môi trường có nhiều thành phần khác Khi ta hội tụ chùm ánh sáng vào môi trường gồm phân tử xảy tượng sau: Tán xạ Rayleigh tự phát, tượng tán xạ raman Tán xạ Raman gồm thành phần: + Thành phần Stokes ứng với tần số nhỏ tần số ánh sáng tới + Thành phần đối Stokes ứng với tần số lớn tần số ánh sáng tới Hình 1.3 Hiện tượng tán xạ Raman Tán xạ Raman phân chia thành hai loại: Tán xạ Raman kích thích (Spontaneous Raman Scattering) tán xạ Raman tự phát (Stimulated Raman Scattering) Trong trình tán xạ Raman tự phát, photon sinh ánh sáng tới tương tác với môi trường Các photon sinh có tần số nhỏ lớn tần số ánh sáng tới tuỳ thuộc vào chất môi trường Khi hấp thụ photon có lượng hiệu lượng trạng thái kích thích trạng thái đầu electron chuyển từ trạng thái khởi đầu lên trạng thái kích thích Khi từ trạng thái kích thích chuyển trạng thái cuối electron phát xạ photon có lượng hiệu lượng trạng thái ảo trạng thái cuối Hình 1.4 Giản đồ lượng tượng tán xạ Raman Hiệu suất tán xạ Raman nâng cao ( đạt đến 20-30 %) cách kích thích chùm laser với mật độ photon cao Tán xạ Raman kích thích tiêu biểu cho trình tán xạ mạnh với tác dụng trường laser vật chất Công suất bơm đầu vào tỉ lệ với công suất sóng Stoke Nhưng công suất sóng bơm vượt qua ngưỡng định công suất sóng Stoke tăng lên theo quy luật hàm mũ Nguyên nhân gây tượng trình tán xạ Raman kích thích 1.2 Đặc tính tán xạ Raman kích thích 1.2.1 Phổ độ khuếch đại Raman Đối với khuếch đại hệ số khuếch đại yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng khuếch đại Trong khuếch đại Raman hệ số khuếch đại mô tả tăng cường mặt cường độ sóng Stoke xác định sau: = (Ω) (1.3) Trong đó, I S cường độ sóng Stoke, I P cường độ sóng bơm g R hệ số khuyếch đại Raman thường phụ thuộc vào cấu tạo vật liệu chế tạo nên sợi quang,khi ta thay đổi cấu tạo, vật liệu chế tạo nên sợi quang ta thay đổi hệ số , thường người ta thường pha thêm tạp chất vào lõi sợi quang.Dưới hệ số khuếch đại sợi silic bước sóng bơm λ p =1 µm (Hình 1.5) Nếu λ p µm , g R tính cách lấy nghịch đảo phụ thuộc g R vào λ p Hình 1.5 Phổ khuếch đại Raman Silic bước sóng bơm λ p = 1µm Với sợi Silic phổ khuếch đại Raman trải dài liên tục phạm vi rộng( từ đến 42 THz).Nhờ mà sợi quang làm việc khuyếch đại dải tần rộng 1.2.2 Ngưỡng Raman Ngưỡng Raman định nghĩa công suất bơm đầu vào cho đầu công suất bơm công suất Stoke Ps ( L) = Pp ( L) = Po exp( −α p L) (1.4 ) Trong đó: P0 = I (o) Aeff ( 1.5 ) Phần lớn công suất bơm chuyển thành công suất Stoke công suất bơm vượt giá trị ngưỡng P0 công suất bơm đầu vào Aeff diện tích vùng lõi hiệu dụng Giả sử αs = α p = α , điều kiện ngưỡng trở thành : Psoeff exp( g R PO Leff / Aeff ) = PO (1.6) eff Trong Pso phụ thuộc vào Po Từ phương trình (1.6) ta tính th giá trị ngưỡng Raman Giá trị công suất bơm tới hạn ( PO ) gần cho bởi: g R Poth Leff / Aeff ≈ 16 (1.7) Công thức điều kiện ngưỡng Raman thuận, điều khiện ngưỡng Raman ngược có cách thay giá trị 16 phương trình (1.7) 20 Cũng cần phải ý xây dựng phương trình (1.7) ta giả sử phân cực sóng bơm sóng dò bảo toàn trình lan truyền Nếu phân cực không bảo toàn, ngưỡng Raman tăng lên hệ số khoảng đến Đặc biệt, phân cực bị xáo trộn hoàn toàn ngưỡng Raman tăng lên lần Mặc dù tính toán giá trị ngưỡng ta sử dụng nhiều phép tính gần giá trị ngưỡng Raman tính xác Nếu với sợi có α p L >> Leff ≈ / α p , Ở bước sóng λ p = 1.55µm (bước sóng nằm vùng cửa sổ có suy hao nhỏ cỡ 0.2dB/km), Leff = 20km Thông thường Aeff = 50µm , giá trị ngưỡng Raman cỡ khoảng 600mW Bởi thực tế công suất hệ thống thông tin quang vào cỡ ÷ 10mW nên hệ thống không bị ảnh hưởng SRS Trong vùng ánh sáng nhìn thấy Aeff th =10 ÷ 20µm , giá trị công suất ngưỡng Po ~ 10W với cự ly truyền dẫn L=10m Khi công suất vào với giá trị ngưỡng, công suất bơm chuyển thành công suất Stoke nhanh chóng Trong thực tế, sóng Stoke hoạt động sóng bơm sinh sóng Stoke cấp công suất đủ lớn để thoả mãn phương trình (1.7) Kết công suất bơm lớn, bên sợi sinh nhiều sóng Stoke số lượng sóng Stoke phụ thuộc vào công suất vào 1.3 Ảnh hưởng tán xạ Raman kích thích thông tin quang 1.3.1 Ảnh hưởng SRS hệ thống đơn kênh Sự chuyển dịch lượng từ kênh có bước sóng thấp sang kênh có bước sóng cao xảy ta đưa vào sợi quang hai hay nhiều tín hiệu có bước sóng khác nhau.Nguyên nhân gây hiệu ứng tán xạ Raman kích thích SRS Đây hiệu ứng làm sở cho khuếch đại quang laser Hình1.6 Ảnh hưởng SRS Năng lượng từ kênh bước sóng thấp chuyển sang kênh bước sóng cao 10 khuếch đại Raman cần phải cấp nguồn bơm có công suất lớn Chính nhược điểm mà trước khuếch đại Raman đưa vào thực tiễn , chủ yếu sử dụng khuếch đại EDFA Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển tạo laser có công suất cao khuếch đại Raman có khả phát triển rộng rãi tương lai Một lý làm giảm hiệu khuếch đại khuếch đại suy hao đường truyền Mà nguyên nhân dẫn đến suy hao hiệu ứng tán xạ Rayleigh Tán xạ Rayleigh loại tán xạ ánh sáng hạt hay vùng không đồng môi trường có kích thước nhỏ so với bước sóng ánh sáng Kiểu tán xạ làm lệch hướng mạnh tia sáng có bước sóng ngắn Tán xạ Rayleigh bỏ qua hệ thống nhỏ Nhưng hệ thống lớn, khoảng cách truyền xa yêu cầu nghiêm ngặt cần phải xem xét tác động tán xạ Raman đến hiệu khuếch đại Cụ thể, gây tượng xuyên âm làm tăng nhiễu hệ thống.Trong khuếch đại DRA, công suất hệ thống giảm chủ yếu xuyên âm Rayleigh.Dưới ảnh hưởng tán xạ Rayleigh công suất tín hiệu truyền sợi quang xác định công thức sau: Pf DRS = rS z ∫ dz G −2 L ( z1 ) ∫ G ( z )dz z1 Trong đó, G(z) hệ số khuếch đại Raman, hệ số tán xạ Rayleigh Trong trình truyền dẫn , tượng xuyên âm tích lũy qua nhiều khuếch đại làm giảm công suất hệ thống có cự ly xa Các khuếch đại EDFA hoạt động băng C băng L Còn ta bơm quang với bước sóng quang phù hợp khuếch đại Raman hoạt động bước sóng tín hiệu nào.Nhờ có băng tần rộng khả hoạt động bước sóng tín hiệu mà khuếch đại Raman phù hợp với hệ thống WDM Một điểm hạn chế khuếch đại Raman nhạy phân cực, 32 giải cách bơm nhiều sóng bơm Đối với hệ thống WDM, ta khuếch đại đồng thời nhiều tín hiệu khác phải đảm bảo khuếch đại đồng kênh, muốn phổ khuếch đại phải tương đối phẳng toàn dải tần Trong thực tế sử dụng nhiều bơm bước sóng khác để có phổ phẳng Mỗi sóng bơm với bước sóng tạo phổ khuếch đại riêng Sử dụng bước sóng bơm tạo nhiêu phổ khuếch đại.Sự chồng lấn chúng cho ta phổ khuếch đại tổng hợp phẳng Tuy nhiên,việc sử dụng nhiều sóng bơm để làm phẳng phổ bị tác động tán xạ Raman, xảy chuyển dịch phần công suất từ sóng bơm có bước sóng ngắn sang sóng bơm có bước sóng lớn Muốn có khuếch đại Raman băng rộng, ta phải tính toán hệ số khuếch đại kênh tiến hành điều chỉnh hệ số khuếch đại kênh nhau.Hình 2.13 người ta san phổ phương án sử dụng 12 laser bơm Bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại khoảng 10.5 dB mức công suất 100 mW Hình 2.13 Sử dụng 12 laser bơm để làm phẳng phổ 33 Trong thực tế dựa vào hiệu ứng tán xạ Brillouin kích thích để chế tạo khuếch đại quang Nhưng tồn nhược điểm băng tần hẹp, bước sóng tín hiệu bước sóng bơm gần trùng nên không ứng dụng vào thực tiễn 2.5.5 Nhiễu khuếch đại Raman Nhiễu phát xạ tự phát ASE Một loại nhiễu thường gặp trong khuếch đại Raman ASE.Nó ảnh hưởng tới tăng ích quang mà ảnh hưởng tới đặc tính nhiễu Mật độ phổ công suất nhiễu ASE: S ase ( v ) = ( G − 1) hv N2 N − N1 Hệ số tạp âm: NF = 1   2S ase (v )  G hv +  Trong mật độ electron trạng thái thấp, mật độ electron trạng thái cao Một lợi khuếch đại Raman so với EDFA tỉ số /(-) gần trạng thái 1, có nghĩa mật độ gần đảo lộn hoàn toàn Nhiễu tán xạ Rayleigh kép DRS Do không đồng sợi quang nên tán xạ Rayleigh tương ứng với trình tán xạ(một tán xạ tới tán xạ phản xạ) Nhiễu ASE theo hướng ngược bị tác động tán xạ Rayleigh kép làm cho bị phản xạ lại tiếp tục khuếch đại trình tán xạ Raman kích thích Trong khuếch đại Raman trình tán xạ Raman kích thích khuếch đại tán xạ Rayleigh trình truyền làm cho nhiễu tán xạ Rayleigh kép tăng lên khuếch đại Raman yêu cầu độ dài sợi tăng ích Raman lớn.Ảnh hưởng làm giảm tăng ích quang cho đoạn từ 10-15 dB 34 Phương án đưa để làm giảm ảnh hưởng nhiễu Rayleigh kép khuếch đại tầng cần phải cách ly với Nhiễu thời gian sống electron trạng thái kích thích ngắn Trong khuếch đại Raman, thời gian sống electron trạng thái lượng kích thích ngắn nên dễ bị ảnh hưởng thay đổi cường độ ánh sáng bơm Phương pháp đưa để hạn chế ảnh hưởng nhiễu sử dụng cấu hình bơm ngược.Khi thời gian truyền sợi cân với thời gian tồn electron mức lượng cao.Cơ chế bơm thuận sử dụng để hạn chế nhiễu đòi hỏi độ phức tạp cao Nhiễu bước sóng ánh sáng bơm ánh sáng tín hiệu gần Trong khuếch đại Raman thường có phần ánh sáng bơm bị tán xạ tự phát Ánh sáng tán xạ tự phát hay gây nhiễu cho kênh tín hiệu có bước sóng gần bước sáng ánh sáng bơm 2.5.6 Khuếch đại Raman phân bố DRA Sợi quang vừa sử dụng để làm môi trường truyền dẫn , vừa sử dụng để khuếch đại tín hiệu Khi sợi quang bơm vào sợi truyền dẫn thực sự, liên kết hai điểm tuyến tương ứng ta sơ đồ khuếch đại Raman phân bố Hình 2.14 Khuyếch đại tập trung (a) khuyếch đại phân bố (b) 35 Trong khuếch đại Raman phân bố DRA, bên sợi quang phân bố ánh sáng đồng trải dài.Với việc sợi quang có khả khuếch đại tín hiệu, DRA tận dụng tính chất để khuếch đại tín hiệu đồng dọc theo sợi quang Trong khuếch đại DRA, cấu hình bơm ngược thường sử dụng cho ánh sáng bơm có công suất cao kết hợp sử dụng với khuếch đại EDFA Ưu điểm khuếch đại Raman phân bố giảm tính phi tuyến tăng tỉ số SNR Bên cạnh mặt tích cực nêu khuếch đại DRA tồn điểm hạn chế sau: + Khoảng cách khuếch đại bị giới hạn chiều dài hiệu dụng sợi quang khuếch đại DRA thường nhỏ 40km + Các yếu tố môi trường độ ẩm, nhiệt độ… dễ ảnh hưởng đến khả hoạt động DRA + Bộ khuếch đại DRA đòi hỏi phải cung cấp nguồn bơm có công suất cao, điều làm giảm tuổi thọ thiết bị quang + Nhiễu ảnh hưởng nhiều đến khuếch đại DRA, đặc biệt nhiễu tán xạ Rayleigh kép Khi sử dụng đoạn sợi quang loại sợi quang khuếch đại DRA thường ảnh hưởng nhiễu nhiều khuếch đại Raman tập trung Ngoài điểm tích cực vừa nêu khuếch đại DRA tồn số mặt hạn chế sau: + Khoảng cách khuếch đại khó tăng lên chiều dài hiệu dụng khuếch đại DRA thấp( thường nhỏ 40km) + Các DRA có công suất bơm ánh sáng cao Với mức công suất bơm ánh cao thường làm giảm tuổi tho của thiết bị quang connector 36 + DRA dễ bị ảnh hưởng điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm… thay đổi học + Một nhược điểm nói đến nhiễu Rayleigh kép Trong môi trường truyền dẫn khuếch đại DRA bị ảnh hưởng nhiễu nhiều so với khuếch đại LRA 2.5.7 Khuếch đại Raman tập trung LRA Hình 2.15 Khuyếch đại Raman tập trung Trong khuyếch đại Raman tập trung tất công suất ánh sáng bơm tập trung khối Hình 2.15 mô tả sơ đồ khuếch đại LRA hệ thống thông tin quang.Như hình ánh sáng bơm giữ khối cách ly Hình 2.16 Tăng ích khuyếch đại Raman tập trung 37 Ưu điểm lớn khuyếch đại Raman LRA khai thác băng tần mà EDFA làm việc băng tần Khả sử dụng băng S với khuyếch đại quang Raman Trong hệ thống thông tin quang khuếch đại EDFA hoạt động băng S (1480-1530 nm) mà hoạt động băng C băng L Còn khuếch đại Raman cần bơm ánh sáng bơm có công suất thích hợp hoạt động vùng bước sóng có suy hao thấp Ngày với kỹ thuật đại tạo sợi quang với đời kĩ thuật làm khô(làm suy hao bước sóng 1390 nm giảm mạnh), khuếch đại Raman hoạt động băng C mà hoạt động dải từ 1280 nm-1550 nm Hình 2.17 Sự phụ thuộc suy hao theo bước sóng Với nhu cầu trao đổi thông tin ngày lớn hệ thống DWDM, WDM đời với nhiều ưu điểm vượt trội số lượng kênh truyền dẫn tăng lên, dung lượng tăng đáng kể Nên băng tần băng L băng C gần sử dụng hết Vì cần phải có biện pháp để đưa băng tần vào khai thác 38 Băng tần S băng tần có khả khai thác nhờ có đặc tính suy hao tán sắc tốt so với băng L Do việc nghiên cứu phát triển khuếch đại ứng dụng cho băng S quan trọng Với việc nghiên cứu khuếch đại quang sợi pha,bán dẫn khuếch đại Raman kết thu cho thấy có khuếch đại Raman tối ưu Để tìm hiểu vấn đề ta đến với thử nghiệm B.A.Puc khả sử dụng băng S khuếch đại Raman tập trung LRA với lần sử dụng khuếch đại LRA bù tán sắc băng S (sợi tăng ích có tán sắc âm băng S, SLRA bù tán sắc cho 75 km sợi SSMF) Hình 2.18 Hệ thống thử nghiệm SLRA A Puc Với thử nghiệm hình để truyền 20 kênh băng S( từ 493.36 đến 1521.77 nm, hai kênh cách 200 GHz) người ta sử dụng 11 SLRA.với tốc độ kênh 10.67 Gb/s, sợi đơn mode chuẩn dài 867 km Sau công trình nghiên cứu B.A.Puc , trình ngiên cứu tiếp tục chứng minh SLRA công nghệ chìa khóa giúp mở rộng băng tần sang dải băng S 39 2.5.8 Bộ khuếch đại lai ghép Raman/EDFA Hình 2.19 Kết hợp hai khuếch đại Raman EDFA Trong mục (2.5.7) trình bày, ta ghép chung hai khuếch đại Raman DRA EDFA để tạo thành khuếch đại lai Raman/EDFA Nó sử dụng để thay khuếch đại EDFA khuếch đại DRA có nhiệm vụ tiền khuếch đại 40 Chương III ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN 3.1 Tổng quát hệ thống DWDM DWDM : Là công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang,với số lượng bước sóng lớn, cung cấp dung lượng truyền dẫn tương đối cao.Sự tăng nhanh yêu cầu dung lượng, khoảng cách đa dạng định dạng truyền tin làm cho hệ thống ghép kênh theo thời gian (TDM) việc tăng số lượng sợi quang không đáp ứng Trong khi, dung lượng sợi quang lớn hệ thống truyền dẫn quang TDM, với tín hiệu quang sợi quang, khai thác phần nhỏ băng tần rộng lớn sợi quang Do đó, nảy sinh nhu cầu cần hệ thống có khả tăng dung lượng truyền dẫn sợi quang cách tận dụng băng thông sợi, tăng khoảng cách truyền dẫn đáp ứng đông thời nhiều định dạng thông tin Đây động lực phát triển hệ thống ghép kênh theo bước sóng quang WDM Với đặc điểm hệ thống DWDM thường dùng cho đường trục lớn quốc gia xuyên lục địa Những ưu điểm hệ thống DWDM: +Dung lượng cực lớn: Băng thông truyền dẫn sợi quang thông thường sử dụng lớn Nhưng tỷ lệ sử dụng hệ thống đơn bước sóng thấp Bằng cách sử dụng công nghệ DWDM, dung lượng truyền dẫn sợi quang tăng lên nhiều lần mà không cần tăng tốc độ bit + Trong suốt tốc độ bit khuôn dạng liệu Các hệ thống DWDM xây dựng sở ghép tách tín hiệu quang theo bước sóng việc ghép tách độc lập với tốc độ truyền dẫn phương thức điều chế Vì thế, hệ thống suốt tốc độ liệu khuôn dạng liệu Vì thế, truyền tín hiệu với đặc điểm truyền dẫn khác 41 hẳn nhau, tổng hợp tách tín hiệu điện khác bao gồm tín hiệu số tín hiệu tương tự, tín hiệu PDH tín hiệu SDH… + Bảo vệ đầu tư tối đa trình nâng cấp hệ thống Trong trình mở rộng phát triển mạng, mở rộng dung lượng mà không cần dựng lại hệ thống cáp quang mà cần thay thu phát quang Hơn nữa, việc tăng them dịch vụ dung lượng thực đơn giản cách tăng them bước sóng + Khả linh hoạt, tiết kiệm độ tin cậy cao So với mạng truyền thống sử dụng phương thức TDM điện, mạng DWDM có cấu trúc đơn giản lớp mạng phân tách rõ ràng Lớp thấp mạng lớp toàn quang tính từ đầu vào ghép tới đầu tách kênh bước sóng bao gồm khuyếch đại, bù tán sắc thành phần đoạn đường truyền Lớp xây dựng cố định với mạng có chi phí thấp Lớp dịch vụ mức cao bao gồm phát đáp quang Các phát đáp quang làm nhiệm vụ gom liệu cần truyền phát đáp bước sóng chuẩn hóa hệ thống Việc thay đổi dung lượng, thêm bớt dịch vụ thực cách thay đổi thêm bớt phát đáp Do đó, mạng DWDM đáp ứng tốt khả linh hoạt tiết kiệm chi phí Do đặc điểm suốt với tín hiệu nên độ tin cậy mạng cao hẳn so với mạng TDM + Tương thích với mạng quang hoàn toàn Theo dự đoán, thực mạng chuyển mạch hoàn toàn quang tương lai, việc xử lý xen kẽ kết nối tất dịch vụ viễn thông thực cách thay đổi điều chỉnh bước sóng tín hiệu quang Vì vậy, DWDM công nghệ sở để thực mạng hoàn toàn quang Hơn nữa, hệ thống DWDM tương thích với mạng hoàn toàn quang tương lai Hoàn toàn thực mạng hoàn toàn quang suốt có độ tin cậy cao sở hệ thống DWDM 42 Ứng dụng khuếch đại Raman hệ thống DWDM Khuếch đại Raman tiền đề cho việc khuếch đại công suất khoảng cách xa xa, hoạt động dải tần mà khuếch đại quang sợi EDFA làm việc Ngoài ra, nhờ sử dụng them kỹ thuật đan xen bước sóng nên khuếch đại Raman có băng tần rộng hơn( 136 nm so thay 100 nm trước) Các hệ thống DWDM khoảng cách xa( long-haul) ứng dụng mạng đường trục truyền tải thông tin với lưu lượng lớn vùng quốc gia Đặc điểm hệ thống dung lượng lớn Trong hệ thống , khuếch đại Raman chiếm ưu cấu trúc đơn giản, linh hoạt mềm dẻo Hiện nay, khuếch đại Raman hỗ trợ hệ thống có độ rộng băng tần 136nm, bao gồm băng S,C,L.Trong tương lai , băng tần S,C bị chiếm dụng hết băng tần L đưa vào khai thác, hệ thống DWDM sử dụng khuếch đại tập trung cần phải sử dụng thêm hai chia, kết hợp băng tần hình 3.1 Hình 3.1 Khuếch đại quang hệ thống DWDM đa băng Bộ khuếch đại DRA tiền khuếch đại Các khuếch đại băng cấp nguồn điều khiển cách riêng biệt 43 Hình 3.2 Hệ thống WDM toàn Raman Để đáp ứng nhu cầu hệ thống ta cần DRA băng rộng kèm với LRA băng rộng Bộ khuếch đại tập trung hệ thống đơn giản không cần phải sử dụng tách ghép băng Nhược điểm lớn việc sử dụng khuếch đại Raman so với khuếch đại EDFA hiệu suất khuếch đại thấp Tuy nhiên tăng nhanh yêu cầu dung lượng, khoảng cách, khuếch đại Raman quan trọng.Công suất khuếch đại Raman lớn công suất bơm lớn, toán hệ thống viễn thông tương lai PCE = ( Pout − Pin ) / Ppump × 100% Dưới hiệu suất chuyển đổi công suất khuếch đại Raman so với EDFA bước sóng bơm 1480nm 44 Hình 3.3 Hiệu suất chuyển đổi công suất Raman EDFA Qua hình vẽ ta thấy công suất chuyển đổi khuếch đại Raman có hiệu suất tốt EDFA 45 KẾT LUẬN Với đặc điểm phổ tần phẳng, nhiễu thấp đặc biệt khả khuếch đại tín hiệu dải tần rộng, khuếch đại Raman hứa hẹn sử dụng rộng rãi để đáp ứng nhu cầu thông tin ngày tăng dung lượng số kênh Đồ án em trình bày tổng quan khuếch đại quang nói chung, khuếch đại Raman nói riêng, đặc tính ưu nhược điểm khuếch đại Raman.Cuối khả ứng dụng phát triển khuếch đại Raman hệ thống thông tin quang Qua đây, em xin chân thành cảm ơn Th.S Vũ Văn Rực tận tình hướng dẫn em để em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo môn điện tử viễn thông dạy dỗ em suốt khóa học 46