Khuếch Đại Quang Sợi EDFA: Ứng Dụng Trong Hệ Thống Viễn Thông Quang Học

Khuếch đại quang băng rộng

EDFA có thể khuếch đại theo hai chiều, cấu tạo bao gồm hai nhánh EDF mắc song song, trên hai nhánh này khuếch đại tín hiệu theo hai chiều ngợc nhau dựa theo chiều của hai circulator ở hai phía. Hơn nữa tuổi thọ bức xạ của vật liệu tellurium ngắn, không đến 1/2 trị số tơng ứng của sợi quang Flo và thạch anh, tiết diện phản xạ bị kích thích của nó về cũng nhỏ, cho nên bộ Khuếch đại ứng dụng sợi quang trộn Erbium tellurium có thể Khuếch đại băng rộng. Dùng sợi quang này chế tạo ra bộ Khuếch đại quang tăng ích bằng phẳng, băng tần có thể khuếch đại rất rộng, so với bộ khuếch đại sợi quang trộn Erbium băng tần dịch về phía bớc sóng dài.

Nói khái quát hiệu ứng Raman là tác dụng tơng hỗ phi tuyến phát sinh khi truyền dẫn tín hiệu công suất cao trong phơng tiện sợi quang, nó là tán xạ quang tử phi đàn hồi do kích thích phân tử (thanh tử) của môi chất gây ra. Tác dụng lẫn nhau giữa quang – thanh tử dẫn đến di tần của dây Stockes (khác với tần số tín hiệu quang), chọn phơng tiện sợi quang và tần số bơm thích hợp, có thể điều chỉnh dây Stockes đến tần số tín hiệu đợc khuếch đại. EDFA là công nghệ khuếch đại quang chủ yếu hiện nay, ngay trong thời kì đầu nghiên cứu phát triển thông tin sợi quang ngời ta đã bắt đầu nghiên cứu chế tạo SOA, nhng do bị ảnh hởng bởi các nhân tố tạp âm, phân cực…tính năng của nó không đạt yêu cầu thực tế.

Nếu mắc hai EDFA song song với nhau nh sơ đồ trên ta có thể mở rộng băng tần khuếch đại về phía bớc sóng dài và có dải tần rộng lên tới 60-80 nm rất thích hợp trong các hệ thống WDM tốc độ rất cao. Bộ khuếch đại sợi quang thứ nhất gồm hai tầng EDFA mắc nối tiếp nhau (two stage amplifier) tầng thứ nhất bơm ở bớc sóng 980nm nhằm mục đích tạo nhiều ASE ban đầu thấp, độ khuếch đại cao.

Các giải pháp kĩ thuật cho các tuyến truyền dẫn có sử dụng khuếch

Khả năng phát huy hiệu quả trong bộ khuếch đại quang sợi hoàn toàn phụ thuộc vào các giải pháp kỹ thuật tiên tiến nhằm mục đích để khắc phục hai vấn. Trong các hệ thống có sử dụng nhiều bộ khuếch đại quang OFA, nhiễu tự phát ASE từ các bộ OFA đợc khuếch đại lên nhiều lần nh tín hiệu ánh sáng. Nhiễm tích lũy ASE làm giảm hệ số khuếch đại của OSA và tỉ số S/N của hệ thống chính là vì nhiều phách (beat noise) liên quan tới ASE là yếu tố chính làm giảm tỉ số S/N trên thực tế.

Mặc dù nhiều tích lũy trong các hệ thống có sử dụng bộ lọc sẽ giảm đi khi qua các bộ lọc nhng bức xạ ASE nằm trong băng tần tín hiệu thì vẫn tăng tỉ lệ víi sè bé OFA. Nh vậy giả pháp để hạn chế tối đa ảnh hởng của nhiễu tích lũy là giảm khoảng cách giữa các bộ OFA trong khi vẫn duy trì khuếch đại để bù suy hao trên đờng truyền. Để sử dụng phơng pháp này khoảng cách giữa các bộ OFA đợc rút ngắn lại và chọn hệ số khuếch đại OFA nhỏ để cho mức nhiễu ASE ban.

Hiệu ứng tự lọc phụ thuộc vào dạng phổ tín hiệu, tiết diện ngang bức xạ và hấp thụ, mức độ nghịch đảo độ tích lũy của OFA. Để thực hiện có hiệu quả nhất cần phải làm trùng ba bớc sóng: Bớc sóng tín hiệu, bớc sóng có hệ số tán sắc tối u, bớc sóng tự lọc. Có một phơng pháp khác có thể cải thiện tỉ số S/N ở phía thu là phơng pháp sử lỗi trớc FEC (Forward error correcting).

Nh vậy theo công thức trên ta có thể thấy rằng khi BER đợc cải thiện nhờ phơng pháp EFC thì tỉ số S/N đợc tăng lên bao nhiêu dB. Các hệ thống truyền dẫn SDH có tốc độ 165 Mbps có sử dụng thiết bị PDC và EDFA cho phép nâng cao khoảng cách đầu cuối lên 120 km so với thông thờng là 40 km. Có một giải pháp khắc phục tối u tuy vẫn đang còn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đó là sử dụng hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang để bù tán sắc của sợi đợc gọi là truyền dẫn siliton.

Những tính toán thử nghiệm cho thấy có thể thiết kế tuyến đờng trục dài hơn 12000 km mà chỉ cần các thiết bị EDFA trên đờng truyền (khoảng cách các EDFA từ 25 – 40 km) mà không cần bất cứ một trạm lắp nào. + Đối với tuyến dài trên 5000 km khoảng cách giữa các bộ OFA vào khoảng 45 km (hạn chế do hiệu ứng phi tuyến phân cực chiếm u thế). + Đối với các tuyến dài dới 3000 km khoảng cách giữa các bộ OFA vào khoảng 90 km ( hạn chế do hiệu ứng nhiễu tích lũy và khả năng công suất bơm laser chiếm u thế).

Phân tích các đặc tính kỹ thuật tính toán các tham số của

Phân tích các đặc tính kỹ thuật. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu đầu vào SNRin đợc xác định là tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu từ nguồn nhiễu lợng tử. Nếu coi thành phần nhiễu lợng tử do tín hiệu và nhiễu phách tín hiệu tự phát là chủ yếu thì ta có :. Trong trờng hợp hệ số khuếch đại cao thì có thể coi gần đúng NF = 2Nsp. q là điện tích electron. ∆f là dải tần của bộ tách. NF bé nhất của mỗi bộ khuếch đại quang sợi là 3dB 2.3 Các phơng trình khuếch đại. Độ khuếch đại của bộ khuếch đại quang đợc xác định nh sau:. Psp Pout ). Psp là công suất nhiễu đợc phát từ bộ khuếch đại quang nằm trong băng tÇn quang. Để xác định đợc bộ khuếch đại trong bộ khuếch đại quang sợi chính xác khá phức tạp do bản chất phân bố hai hớng của nó.

Để thu đợc khuếch đại thực của bô khuếch đại cần phải xác định đợc tiết diện bức xạ kích thớc σe và tiêt diện hấp thụ σa. Các tiết diện hấp thụ và bực xạ là các thông số cơ bản quan trọng của sợi EDF. Độ khuếch đại phụ thuộc vào các yếu tố khác nh : chiều dài, công suất tín hiệu vào , nồng độ pha tạp Erbium, kết cấu của bộ khuếch đại ( bơm cùng chiều, một chiều, hai chiều.

Nếu coi EDFA nh một chuỗi của nhiều bộ khuếch đại quang nhỏ ghép liền với nhau có độ dài tăng dần. Trong đó τ là thời gian tồn tại tự phát của ion ở trạng thái bền vững tạm thêi. Sự bão hòa độ khuếch đại đợc xem nh là sự khuếch đại trong lúc tín hiệu tăng.

Tại bớc sóng xác định Psat là công suất đợc yêu cầu để nghịch đảo một lớp sợi pha tạp erbium là đủ cho độ khuếch đại bằng 0dB. Dựa vào các tham số bảng trên, ta có thể tính công suất bơm ngỡng ở bớc.

Môc lôc