Khuyếch đại quang sợt tạp erbium

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sĩ khoa học Khuếch đại quang sợi pha tạp erbium Chuyên ngành : xử lý thông tin truyền thông Hà thị phơng Ngời hớng dẫn khoa học: ts Ngô quỳnh thu Hà nội 2007 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan kết luận văn đợc xây dựng hoàn toàn thân nghiên cứu thực dựa hớng dẫn cô giáo hớng dân tham khảo tài liệu đợc trích dẫn Tác giả luận văn Hà Thị Phơng -1- Mục lục Mục lục Danh mục hình Mở đầu Chơng 1: Tính chất quang thuỷ tinh pha tạp đất 1.1 Cấu hình nguyên tử ion đất 13 1.2 Các tính chất ion Er3+ 15 1.2.1 Cấu hình nguyên tử nguyên tố Erbium 15 1.2.2 Tiết diện hiệu dụng 16 1.2.3 Thời gian sống 18 1.2.4 Độ rộng vạch mở rộng vạch 21 1.2.5 Phổ hấp thụ xạ Er3+ 23 1.3 Hiệu ứng tơng tác Er3+- Er3+ 25 1.4 Khảo sát dải bơm 29 1.4.1 Khảo sát chung 29 1.4.2 Dải bơm 800nm: 30 1.4.3 Dải bơm 980nm 31 1.4.4 Dải bơm 1480nm 31 Chơng : Khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium .33 2.1.Cơ sở khuếch đại quang sợi pha tạp Er 33 2.1.1.Hệ phơng trình tốc độ 33 2.1.2 Sự khuếch đại xạ tự phát 37 2.1.3 Hệ phơng trình truyền dẫn khuếch đại 39 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -2- 2.2 Các đặc trng khuếch đại quang sợi pha tạp Er 42 2.2.1 Phổ ASE 42 2.2.2 Tăng ích 43 2.2.3 Thông số tạp âm (Noise Figure) 47 2.3 ứng dụng khuếch đại EDFA mạng truyền dẫn quang 49 2.3.1 Bộ khuếch đại công suất 49 2.3.2 Khuếch đại tuyến 50 2.3.3 Bộ tiền khuếch đại 51 Chơng 3: Mô số đặc trng khuếch đại quang sợi pha tạp Er 52 3.1 Giới thiệu mô phần mềm mô 52 3.2 Mô khuếch đại quang EDFA 54 3.2.1 Xây dựng hệ phơng trình rút gọn 56 3.2.2 Các thông số đầu vào khuếch đại EDFA 58 3.3 Kết mô 59 3.3.1 Sự phụ thuộc vào công suất bơm 61 3.3.2 Sự phụ thuộc chiều dài sợi quang 64 3.3.3 Sự phụ thuộc vào công suất tín hiệu 66 3.3.4 Thông số tạp âm 68 3.3.5 Sự phụ thuộc vào nồng độ 71 3.4 Kết Thực nghiệm so sánh với mô 73 3.4.1 Cấu hình khuếch đại quang EDFA 73 3.4.2 Cấu hình bơm song công 74 3.4.3 So sánh cấu hình bơm 75 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -3- 3.5 Các kết thực nghiệm 75 3.5.1 Sơ đồ thí nghiệm 75 3.5.2 Kết thí nghiệm 77 3.6 So sánh kết thực nghiệm với mô 87 Phụ lục Kết luận Tài liệu tham khảo Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -4- Danh mục hình Hình 1.1 Sơ đồ tách mức lợng ion Er tơng tác điện tử-điện tử tơng tác điện tử-trờng tinh thể Hình 1.2 Cấu trúc mức lợng ca Er3+4 Hình 1.3 Tiết diện hấp thụ Erbium thuỷ tinh khác Hình 1.4 Tiết diện xạ Erbium thuỷ tinh hình 1.3.6 Hỡnh 1.5 S dp tt nng thu tinh silica v CPG (calcium metaphosphate) Hình 1.6 So sánh phổ xạ ion Er3+ khác 10 Hình 1.7 Phổ hấp thụ sợi thuỷ tinh gốc silica pha tạp Er3+ 12 Hình 1.8 So sánh phổ hấp thụ xạ ion Er3+ pha tạp sợi thuỷ tinh silica.12 Hình 1.9 Các chế truyền lợng ion-ion.15 Hình 1.10 Quá trình chuyển đổi ngợc ion Er3+.16 Hỡnh.1.11 ESA di bm 800 nm t mc siờu bn 4I13/2+ .18 Hình2.1 Sơ đồ hệ mức lợng 22 Hình 2.2 Đồ thị phụ thuộc công suất ASE (đồng hớng ngợc hớng) theo vị trí sợi Sợi quang pha tạp dài 14m đợc bơm với bớc sóng 980nm công suất 20mW..26 Hình 2.3 Sự phụ thuộc tăng ích vào công suất bơm bớc sóng tín hiệu 1550nm bớc sóng bơm 980nm 980nm29 Hình 2.4 Phổ ASE đồng hớng (hình a) ngợc hớng (hình b) Công suất bơm 4, 6, 8, 15 20 mW bớc sóng 980 nm 31 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -5- Hình 2.5 Phổ tín hiệu 32 Hình2.6 Sự thay đổi tăng ích, công suất bơm, độ dài khuếch đại công suất tín hiệu đầu 33 Hình 2.7 Sự thay đổi tăng ích theo bớc sóng (hình a) theo công suất tín hiệu đầu vào (hình b) 34 Hình 2.8 Sự phụ thuộc hệ số tạp âm theo tăng ích (hình a) theo công suất bơm (hình b).36 Hình 2.9 Khuếch đại công suất .38 Hình 2.10 Bộ khuếch đại tuyến39 Hình 2.11 Bộ tiền khuếch đại..39 Hình 3.1 Công suất tín hiệu công suất bơm lối EDFA có chiều dài sợi 10m..48 Hình 3.2 Hệ số khuếch đại Gain qua EDFA 48 Hình 3.3 Phổ công suất ASE khuếch đại 49 Hình 3.4 Hệ số khuếch đại với công suất bơm thay đổi 50 Hình 3.5a Phổ công suất ASE với công suất bơm 20mW 51 Hình 3.5b Phổ công suất ASE với công suất bơm 50mW 51 Hình 3.6 Công suất tín hiệu qua EDFA với độ dài sợi quang 8m 52 Hình 3.7 Công suất tín hiệu qua EDFA với độ dài sợi quang 20m 53 Hình 3.8 Hệ số khuếch đại EDFA với chiều dài sợi 20m .54 Hình 3.9 Hệ số khuếch đại qua khuếch đại có chiều dài sợi 10m với công suất tín hiệu đa vào thay đổi 55 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -6- Hình 3.10 Nhiễu NF khuếch đại EDFA chiều dài sợi 20m, công suất bơm thay đổi .57 Hình 3.11 Công suất ASE qua khuếch đại có chiều dài sợi 20m 57 Hình 3.12 Phổ ASE khuếch đại với công suất bơm 25mW, chiều dài sợi 10m 58 Hình 3.13 Hệ số khuếch đại qua EDFA với nồng độ pha tạp N=1,2.1024 ion/m3 .59 Hình 3.14 Phổ công suất ASE qua EDFA có nồng độ 1,2.1024 60 Hình 3.15 Sơ đồ cấu hình bơm đồng hớng .61 Hình 3.16 Sơ đồ cấu hình bơm ngợc hớng .62 Hình 3.17 Sơ đồ cấu hình bơm song công 62 Hình 3.18 Sơ đồ thí nghiệm khuếch đại quang sợi pha tạp Er .64 Hình 3.19 Công suất tín hiệu lối sau khuếch đại EDFA nồng độ thấp chiều dài sợi 12m66 Hình 3.20 Hệ số khuếch đại G nhiễu tạp âm NF khuếch đại pha tạp nồng độ thấp độ dài sợi 12m. 67 Hình 3.21 Công suất tín hiệu lối sau khuếch đại pha tạp nồng độ cao chiều dài sợi 6m..68 Hình 3.22: Công suất tín hiệu lối sau khuếch đại pha tạp nồng độ cao với độ dài sợi 2,5m..69 Hình 3.23 Hệ số khuếch đại G thông số tạp âm NF sợi nồng độ thấp EDFA nồng độ 800 ppm, độ dài sợi 12 m có thông số tạp âm NF> 7,5 dB, G=22 dB 71 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -7- Hình 3.24 Hệ số khuếch đại G thông số tạp âm NF sợi nồng độ cao EDFA nồng độ 2500 ppm, độ dài sợi m có thông số tạp âm NF =3,4 dB, G = 30 dB 71 Hình 3.25 EDFA nồng độ 2500ppm, độ dài sợi 2,5 m có thông số tạp âm NF =4,5 dB, G = 22,4dB .72 Hình 3.26 Phổ ASE EDFA với nồng độ Er khác bơm bớc sóng 980 nm công suất 100 mW 73 Hình 3.27 Phổ khuếch đại EDFA với độ dài nồng độ pha tạp khác bớc sóng tín hiệu 1552 nm bơm bão hoà ( Pbơm = 150 mW) 74 Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -8- Mở đầu Thông tin quang sợi có bớc phát triển nhảy vọt vài thập kỉ gần có tác động mạnh mẽ nhiều mặt kỹ thuật viễn thông Đặc biệt truyền dẫn, thông tin quang sợi đóng vai trò chủ đạo đáp ứng đợc nhu cầu băng thông, nh đảm bảo đợc yêu cầu chất lợng truyền dẫn Các hệ thống thông tin quang có u điểm bật so với thông tin cáp kim loại thờng nh suy hao truyền dẫn thấp, dung lợng truyền cao, bị ảnh hởng nhiễu từ bên có độ tin cậy khả bảo mật thông tin cao hấp dẫn mạnh nhà khai thác viễn thông, nhà khoa học Tuy nhiên năm gần đây, trớc phát triển mạnh mẽ dịch vụ thoại, phi thoại mà đặc biệt Internet dịch vụ băng thông rộng khác nhau, nhu cầu băng thông thuê bao tăng lên, tạo bùng nổ dung lợng Điều đặt lên vai nhà cung cấp dịch vụ đờng trục thách thức Việc sử dụng kĩ thuật TDM để nâng cao dung lợng đờng truyền khả đáp ứng đợc phần song gặp phải hạn chế thân kĩ thuật gây Một lựa chọn khác cho nhà cung cấp để tăng dung lợng hệ thống thông tin sử dụng công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bớc sóng sợi quang (WDM) Kỹ thuật thực việc ghép tín hiệu quang có bớc sóng khác truyền sợi quang nhất, tăng dung lợng truyền dẫn mà không cần phải tăng tốc độ kênh bớc sóng Khi tín hiệu ánh sáng đợc truyền cáp quang bị suy hao nhiều nguyên nhân nh hấp thụ ánh sáng sợi, ánh sáng khỏi sợi Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -100- title ('Pump, Signal, and ASE powers [W])'); xlabel('z [m]'); ylabel('W'); legend('Pump','Signal','ASEp','ASEm'); function ve2 global z1 sp global tag if tag == msgbox1('Bạn cha có kết tính toán','Notice','warn'); return; end; if any(sp)==0 msgbox1('log of zero','Notice','warn'); return; else plot(z1, 10*log10(1000*sp)); title ('Pump, Signal, and ASE powers [dBm]'); xlabel('z [m]'); ylabel('dBm'); legend('Pump','Signal','ASEp','ASEm'); end function ve3 global z1 global ll Ap Am global tag Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -101- if tag == msgbox1('Bạn cha có kết qủa tính toán','Notice','warn'); return; end; lz= length(z1); plot(ll, log10([Ap(lz,:)',Am(1,:)'])); title('ASE spectra'); xlabel ('Bớc sóng [m]'); ylabel('dBm'); legend('ASEp','ASEm'); function ve4 global z1 S1 global tag if tag == msgbox1('Bạn cha có kết qủa tính toán','Notice','warn'); return; end; plot(z1, 10*log10(S1/S1(1))); title( 'Gain'); xlabel('z [m]'); ylabel('dB '); function ve5 global z1 global myans Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -102- global tag if tag == msgbox1('Bạn cha có kết qủa tính toán','Notice','warn'); return; end; plot(z1,10*log10(myans)); title('Noise') xlabel('z [m]'); ylabel('dB'); Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -103- Kết luận Khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium khuếch đại tiên tiến, đợc sử dụng rộng rãi thông tin quang nhờ u điểm bật nh: biến đổi trực tiếp ánh sáng mà không thông qua trình biến đổi điện nào, hệ số khuếch đại cao (G>20dB), giá trị thông số tạp âm thấp (NF 30 nm) Nhờ u điểm bật mà EDFA đợc nghiên cứu nhiều nhằm tìm thông số tối u ứng dụng Luận văn thu đợc số kết sau: ắ Xây dựng đợc chơng trình mô phần mềm Matlab sử dụng hệ sơ đồ mức lợng, hệ phơng trình tốc độ mô tả trình động học khuếch đại EDFA trạng thái dừng ắ Khảo sát thông số quan trọng khuếch đại : hệ số khuếch đại, thông số tạp âm NF, tạp âm phát xạ khuếch đại tự phát ASE Từ kết mô phỏng, luận văn đa số khuyến nghị tối u cho khuếch đại quang EDFA cho ứng dụng hệ thống thông tin ắ Tiến hành đo đạc khảo sát EDFA thực nghiệm Các kết thu đợc tơng đơng với lý thuyết mô ắ Sợi có nồng độ cao có u điểm rõ rệt so với sợi có nồng độ thấp nh : độ tăng ích cao hơn, chiều dài ngắn giá trị thông số tạp âm nhỏ Sợi có nồng độ cao 2500ppm, chiều dài 2,5m cho độ tăng ích cao 26dB với công suất bơm 50mW Trong đó, sợi 12m nồng độ thấp 800ppm cho tăng ích tối đa 15dB Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -104- ắ Các kết thu đợc đánh giá thay đổi thông số tạp âm phụ thuộc vào thông số khác nhau: nồng độ pha tạp, công suất bơm quang cho khuếch đại quang, công suất tín hiệu lối vào Thông số tạp âm NF khuếch đại quang pha tạp nồng độ cao đợc cải thiện rõ rệt NF sợi pha tạp nồng độ 2500ppm 4,5dB so với 6,5dB sợi pha tạp nồng độ 800ppm ắ Trong việc thiết kế đờng truyền việc biết đợc xác thông số EDFA cân thiết Vì luận văn này, đa chơng trình mô EDFA để xác định thông số Đây phơng pháp đơn giản, có dộ xác cao hoàn toàn phù hợp với điều kiện thí nghiệm nớc Các kết đợc đa luận văn có ý nghĩa mặt công nghệ chế tạo khuếch đại đáp ứng đợc yêu cầu mạng thông tin quang đại Trong luận văn này, mong muốn mô đợc xác cấu hình sợi sử dụng hệ thực nghiệm Nhng điều kiện phòng thí nghiệm phải mua sợi quang từ nớc nên việc xác định cấu hình sợi khó khăn Trong diều kiện nh vậy, cấu hình sợi quang sử dụng chơng trình mô đợc sử dụng cấu hình sợi phòng thí nghiệm quang trờng đại học Parma Vì kết mà thu đợc lý thuyết thực nghiệm khác khoảng 20% nhng chúng phần phản ánh đợc nhứng kết lý thuyết tính toán Tuy nhiên, việc mô khuếch đại EDFA thực luận văn quan tâm khảo sát sơ đồ hệ hai mức lợng, bỏ qua khuếch đại ion mức kích thích tín hiệu lối vào khuếch đại giá trị không đổi Nhng thực tế, tín hiệu lối vào tín hiểu biến đổi theo thời gian nên hớng phát triển luận văn tơng lai khảo sát khuếch đại với tín hiệu đầu vào biến đổi Đồng thời, luận văn quan Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -105- tâm đến yếu tố nhiễu tự sinh trình khuếch đại thân sợi quang mà cha tính đến yếu tố nhiễu ảnh hởng bên tác động vào khuếch đại Vì vậy, để ứng dụng nhiều thực tế mong muốn khảo sát đợc lu lợng thông tin có ảnh hởng đến khuếch đại toàn mạng chẳng hạn đến hệ TCP/IP mạng hay hệ thống thông tin Trên vài hớng để tiếp tục luận văn tơng lai Mặc dù, kết đa khiêm tốn không tránh khỏi nhiều thiếu xót nhng nỗ lực thời gian qua Tôi mong nhận đợc bảo đóng góp ý kiến quí báu thầy cô độc giả quan tâm đến luận văn Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -106- Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] A.Cucinotta, S Selleri, L Vincetti, M Zoboli, Numerical and experimantal analysis of erbium-doped fiber linear cavity lasers Optics Communications 156(1998) Annamaria Cucinotta, Federiaca Poli, Stefano Selleri, Luca Vincetti, and Maurizio Zoboli, Member, OSA Amplification properties of Erdoped photonic crystal fibers, Journal of Lightwave Technology, Vol.21, No.2, March 2003 B James Ainslie, A review of the fabrication and properties of erbium-doped fibers for optical amplifiers, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2, February 1991 Bo Pedersen, Anders Bjarklev, John Hedegaard Povlsen, Kristen Dybdal, and Carl Chritian Larsen The Design of Erbium-Doped Fiber Amplifier , Journal of Lightwave, Technology, Vol.9, No.9, September 1991 C R Giles Member, IEEE, and Emmanuel Desurvire Member, IEEE Propagation of signal and noise in concatenated erbium-doped fiber optical amplifiers, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2 February 1991 C Randy Giles Member, IEEE, and Emmanuel Desurvire Member, IEEE Modeling erbium-doped fiber amplifiers, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2, February 1991 Duane Hanselman, Bruce Littlefield Mastering MATLAB A comprehensive Tutorial and Reference, Prentice Hall Emmanuel Desurvire and Ray R Simpson Amplification of spontaneous emission in erbium-doped single-mode fibers Journal of Lightwave Technology, Vol.7, No.5, May 1989 Emmanuel Desurvire Member, IEEE, John L Zyskind, Member IEEE, and C Randy Giles Design optimization for efficient erbium- Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -107- [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] doped fiber amplifiers, Journal of Lightwave Technology, Vol.8, No.11 November 1990 Emmanuel Desurvire, Erbium Dpoed Fiber Amplifiers Principles and Applications A Wiley- Interscience Publication Jonh Wiley and Sons, INC, 1994 Govind P Agrawal, Fiber Optics Communication System, Rochester, NY 1997 Graham R Walker, Nigel G Walker, Roger C Steele, Martin J Creaner, and Mike C Brain Erbium-doped fiber amplifier cascade for multichannel coherent optical transmission, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2, February 1991 Inna Nusinsky Amos A Hardy, Fellow, IEEE, Fellow OSA Multichannel amplification in strongly pumped EDFAs, Journal of Lightwave Technology, Vol.20, No.8, August 2004 M.J.N Sibley, Optical Comumications, Macmillan New Eletronics M.Peroni and M Tamburrini Fondazione Ugo Bordoni, Viale Europa 190, 00144 Rome, Italy Gain in erbium-doped fiber amplifiers: a simple analytical solution for the rate equations, Optics Letter Vol 15/No.15 August 1, 1990 Michel C Jeruchim, Philip Balaban, and K Sam Shannugan, Simulation of Communication Systems Michel J F Digonnet, Rare earth doped fiber laser and amplifiers, Stanford University, Marcel Dekker, Inc P C Beker, N A Olssonm, J R Simpson Erbium Doped Fiber Ampllifiers Fundamentals and Technology , Academic Press, Decembet 1998 Patrick Marchand, Graphics and GUIs with Matlab, 1996 by CRC Press, Inc Pham Van Hoi, Chu Thi Thu Ha, Hoang Quang Hung and Nguyen Thu Trang High-concentration Er+3-doped solgel silica glass Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 -108- [21] [22] [23] [24] [25] [26] microsphere lasers The ninth Asia Pacific Physic Conference (9th APPC), Vietnam -December 26-30, 2004 Pham Van Hoi, Ha Xuan Vinh, Chu Thi Thu Ha, Nguyen Thu Trang, Investigation and manufacturing photonic active devices for communications and sensors in Vietnam, International Workshop on Photonics and Applications (IWPA), Hanoi, Vietnam, April, 2004 Pham Van Hoi, Pham Thu Nga, Bui Huy, Chu Thi Thu Ha, Nguyen Thu Trang, Hoang Quang Hung Research & Manufacturing Photonic Materials and Devices based on Rare-earth doped glasses The 1st Vietnam-Korean Symposium on Chemistry and Nano-structure Materials, Vietnam-October 18-19, 2003 Stephanie Novak and Adolph Moesle Analytic model for gain modulation in EDFAs Journal of Lightwave Technology, Vol.20, No.6 June 2002 Stephanie Novak and Richard Gieske Simulink model for EDFA dynamics applied to gain modulation, Journal of Lightwave Technology, Vol.20, No.6, June 2002 William J Miniscalco Erbium-doped glasses for fiber amplifiers at 1500 nm, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2 January 1991 Pham Van Hoi, Pham Thu Nga, Vu Duc Thinh, Bui Huy, Tran Thi Cham, Chu Thi Thu Ha, Thai Van Lan, Dependence of wavelength emission characteristics on pumping regime in cavity Er-doped fiber laser, Jour communication in Physic Vol 12 No.4 (2002) Luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Xử lý Thông tin Truyền thông niên khoá 2005 - 2007 Kết luận Khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium khuếch đại tiên tiến, đợc sử dụng rộng rãi thông tin quang nhờ u điểm bật nh: biến đổi trực tiếp ánh sáng mà không thông qua trình biến đổi điện nào, hệ số khuếch đại cao (G>20dB), giá trị thông số tạp âm thấp (NF 30 nm) Nhờ u điểm bật mà EDFA đợc nghiên cứu nhiều nhằm tìm thông số tối u ứng dụng Luận văn thu đợc số kết sau: ắ Xây dựng đợc chơng trình mô phần mềm Matlab sử dụng hệ sơ đồ mức lợng, hệ phơng trình tốc độ mô tả trình động học khuếch đại EDFA trạng thái dừng ắ Khảo sát thông số quan trọng khuếch đại : hệ số khuếch đại, thông số tạp âm NF, tạp âm phát xạ khuếch đại tự phát ASE Từ kết mô phỏng, luận văn đa số khuyến nghị tối u cho khuếch đại quang EDFA cho ứng dụng hệ thống thông tin ắ Tiến hành đo đạc khảo sát EDFA thực nghiệm Các kết thu đợc tơng đơng với lý thuyết mô ắ Sợi có nồng độ cao có u điểm rõ rệt so với sợi có nồng độ thấp nh : độ tăng ích cao hơn, chiều dài ngắn giá trị thông số tạp âm nhỏ Sợi có nồng độ cao 2500ppm, chiều dài 2,5m cho độ tăng ích cao 26dB với công suất bơm 50mW Trong đó, sợi 12m nồng độ thấp 800ppm cho tăng ích tối đa 15dB ắ Các kết thu đợc đánh giá thay đổi thông số tạp âm phụ thuộc vào thông số khác nhau: nồng độ pha tạp, công suất bơm quang cho khuếch đại quang, công suất tín hiệu lối vào Thông số tạp âm NF khuếch đại quang pha tạp nồng độ cao đợc cải thiện rõ rệt NF sợi pha tạp nồng độ 2500ppm 4,5dB so với 6,5dB sợi pha tạp nồng độ 800ppm ắ Trong việc thiết kế đờng truyền việc biết đợc xác thông số EDFA cân thiết Vì luận văn này, đa chơng trình mô EDFA để xác định thông số Đây phơng pháp đơn giản, có dộ xác cao hoàn toàn phù hợp với điều kiện thí nghiệm nớc Các kết đợc đa luận văn có ý nghĩa mặt công nghệ chế tạo khuếch đại đáp ứng đợc yêu cầu mạng thông tin quang đại Trong luận văn này, mong muốn mô đợc xác cấu hình sợi sử dụng hệ thực nghiệm Nhng điều kiện phòng thí nghiệm phải mua sợi quang từ nớc nên việc xác định cấu hình sợi khó khăn Trong diều kiện nh vậy, cấu hình sợi quang sử dụng chơng trình mô đợc sử dụng cấu hình sợi phòng thí nghiệm quang trờng đại học Parma Vì kết mà thu đợc lý thuyết thực nghiệm khác khoảng 20% nhng chúng phần phản ánh đợc nhứng kết lý thuyết tính toán Tuy nhiên, việc mô khuếch đại EDFA thực luận văn quan tâm khảo sát sơ đồ hệ hai mức lợng, bỏ qua khuếch đại ion mức kích thích tín hiệu lối vào khuếch đại giá trị không đổi Nhng thực tế, tín hiệu lối vào tín hiểu biến đổi theo thời gian nên hớng phát triển luận văn tơng lai khảo sát khuếch đại với tín hiệu đầu vào biến đổi Đồng thời, luận văn quan tâm đến yếu tố nhiễu tự sinh trình khuếch đại thân sợi quang mà cha tính đến yếu tố nhiễu ảnh hởng bên tác động vào khuếch đại Vì vậy, để ứng dụng nhiều thực tế mong muốn khảo sát đợc lu lợng thông tin có ảnh hởng đến khuếch đại toàn mạng chẳng hạn đến hệ TCP/IP mạng hay hệ thống thông tin Trên vài hớng để tiếp tục luận văn tơng lai Mặc dù, kết đa khiêm tốn không tránh khỏi nhiều thiếu xót nhng nỗ lực thời gian qua Tôi mong nhận đợc bảo đóng góp ý kiến quí báu thầy cô độc giả quan tâm đến luận văn Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] A.Cucinotta, S Selleri, L Vincetti, M Zoboli, Numerical and experimantal analysis of erbium-doped fiber linear cavity lasers Optics Communications 156(1998) Annamaria Cucinotta, Federiaca Poli, Stefano Selleri, Luca Vincetti, and Maurizio Zoboli, Member, OSA Amplification properties of Erdoped photonic crystal fibers, Journal of Lightwave Technology, Vol.21, No.2, March 2003 B James Ainslie, A review of the fabrication and properties of erbium-doped fibers for optical amplifiers, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2, February 1991 Bo Pedersen, Anders Bjarklev, John Hedegaard Povlsen, Kristen Dybdal, and Carl Chritian Larsen The Design of Erbium-Doped Fiber Amplifier , Journal of Lightwave, Technology, Vol.9, No.9, September 1991 C R Giles Member, IEEE, and Emmanuel Desurvire Member, IEEE Propagation of signal and noise in concatenated erbium-doped fiber optical amplifiers, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2 February 1991 C Randy Giles Member, IEEE, and Emmanuel Desurvire Member, IEEE Modeling erbium-doped fiber amplifiers, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2, February 1991 Duane Hanselman, Bruce Littlefield Mastering MATLAB A comprehensive Tutorial and Reference, Prentice Hall Emmanuel Desurvire and Ray R Simpson Amplification of spontaneous emission in erbium-doped single-mode fibers Journal of Lightwave Technology, Vol.7, No.5, May 1989 Emmanuel Desurvire Member, IEEE, John L Zyskind, Member IEEE, and C Randy Giles Design optimization for efficient erbiumdoped fiber amplifiers, Journal of Lightwave Technology, Vol.8, No.11 November 1990 [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] Emmanuel Desurvire, Erbium Dpoed Fiber Amplifiers Principles and Applications A Wiley- Interscience Publication Jonh Wiley and Sons, INC, 1994 Govind P Agrawal, Fiber Optics Communication System, Rochester, NY 1997 Graham R Walker, Nigel G Walker, Roger C Steele, Martin J Creaner, and Mike C Brain Erbium-doped fiber amplifier cascade for multichannel coherent optical transmission, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2, February 1991 Inna Nusinsky Amos A Hardy, Fellow, IEEE, Fellow OSA Multichannel amplification in strongly pumped EDFAs, Journal of Lightwave Technology, Vol.20, No.8, August 2004 M.J.N Sibley, Optical Comumications, Macmillan New Eletronics M.Peroni and M Tamburrini Fondazione Ugo Bordoni, Viale Europa 190, 00144 Rome, Italy Gain in erbium-doped fiber amplifiers: a simple analytical solution for the rate equations, Optics Letter Vol 15/No.15 August 1, 1990 Michel C Jeruchim, Philip Balaban, and K Sam Shannugan, Simulation of Communication Systems Michel J F Digonnet, Rare earth doped fiber laser and amplifiers, Stanford University, Marcel Dekker, Inc P C Beker, N A Olssonm, J R Simpson Erbium Doped Fiber Ampllifiers Fundamentals and Technology , Academic Press, Decembet 1998 Patrick Marchand, Graphics and GUIs with Matlab, 1996 by CRC Press, Inc Pham Van Hoi, Chu Thi Thu Ha, Hoang Quang Hung and Nguyen Thu Trang High-concentration Er+3-doped solgel silica glass microsphere lasers The ninth Asia Pacific Physic Conference (9th APPC), Vietnam -December 26-30, 2004 Pham Van Hoi, Ha Xuan Vinh, Chu Thi Thu Ha, Nguyen Thu Trang, Investigation and manufacturing photonic active devices for [22] [23] [24] [25] [26] communications and sensors in Vietnam, International Workshop on Photonics and Applications (IWPA), Hanoi, Vietnam, April, 2004 Pham Van Hoi, Pham Thu Nga, Bui Huy, Chu Thi Thu Ha, Nguyen Thu Trang, Hoang Quang Hung Research & Manufacturing Photonic Materials and Devices based on Rare-earth doped glasses The 1st Vietnam-Korean Symposium on Chemistry and Nano-structure Materials, Vietnam-October 18-19, 2003 Stephanie Novak and Adolph Moesle Analytic model for gain modulation in EDFAs Journal of Lightwave Technology, Vol.20, No.6 June 2002 Stephanie Novak and Richard Gieske Simulink model for EDFA dynamics applied to gain modulation, Journal of Lightwave Technology, Vol.20, No.6, June 2002 William J Miniscalco Erbium-doped glasses for fiber amplifiers at 1500 nm, Journal of Lightwave Technology, Vol.9, No.2 January 1991 Pham Van Hoi, Pham Thu Nga, Vu Duc Thinh, Bui Huy, Tran Thi Cham, Chu Thi Thu Ha, Thai Van Lan, Dependence of wavelength emission characteristics on pumping regime in cavity Er-doped fiber laser, Jour communication in Physic Vol 12 No.4 (2002) ... đại quang trực tiếp linh kiện quang Sợi quang pha tạp đất có khả khuếch đại quang trực tiếp đờng truyền Trong đó, sợi quang pha tạp Erbium (Er) đợc nghiên cứu nhiều Khuếch đại quang sợi pha tạp. .. nghiệm khuếch đại quang sợi pha tạp Er .64 Hình 3.19 Công suất tín hiệu lối sau khuếch đại EDFA nồng độ thấp chiều dài sợi 12m66 Hình 3.20 Hệ số khuếch đại G nhiễu tạp âm NF khuếch đại pha tạp nồng... 31 Chơng : Khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium .33 2.1.Cơ sở khuếch đại quang sợi pha tạp Er 33 2.1.1.Hệ phơng trình tốc độ 33 2.1.2 Sự khuếch đại xạ tự phát 37