4.6.1 Vai trò và chức năng
Vai trò:OA nằm trên tuyến DWDM có nhiệm vụ khuếch đại công xuất tín
51
EDFA thì có ba loại OA: Bộ khuếch đại tăng cường (OBA – Optical Booster Amplifier), bộ tiền khuếch đại (OPA – Optical PreAmplifier) và khuếch đại đường OLA (Optical Line Amplifier). Với hệ thống sử dụng khuếch đại Raman thì không
phân biệt OPA, OBA và OLA.
Hình 4.10: vị trí các bộ khuếch đại EDFA. [1]
Bộ khuếch đại tăng cường (OBA – Optical Booster Amplifier):Bộ khuếch
đại công suất BA được dùng trực tiếp ngay sau bộ phát quang để tăng cường mức công suất quang.Thiết bị BA không yêu cầu nghiêm ngặt về nhiễu.Các thành phần nhiễu ngoài băng tín hiệu có thể bỏ qua nhờ bộ lọc quang.Ứng dụng của BA chỉ có thể hấp dẫn trong trường hợp các vị trí trung gian với các thiết bị tích cực ngoài ý
muốn hoặc không thể tiếp cận được ví dụ như là các hệ thống dưới biển.
Bộ tiền khuếch đại (OPA – Optical PreAmplifier):Được đặt ở cuối tuyến
truyền quang và trước bộ thu quang. Bộ khuếch đại thu khuếch đại các tín hiệu quang thu được vốn có công suất nhỏ do suy hao trên tuyến truyền nhằm để các tín hiệu quang sau khuếch đại có công cuất lớn hơn ngưỡng công suất thu nhỏ nhất của bộ thu.
Bộ khuếch đại đường OLA (Optical Line Amplifier):Các bộ khuếch đại
đường được chèn vào các tuyến truyền có khoảng cách lớn.Các bộ khuếch đại đường truyền có thể thay thế một hoặc toàn bộ các trạm lặp thông thường trong tuyến truyền dẫn.
Chức năng cơ bản của bộ khuếch đại OA là khuếch đại công suất quang.
Ngoài ra, OA còn có các chức năng phụ trợ như giám sát công suất, trích một phần
tín hiệu ghép tổng cho mục đích đo kiểm, giám sát,... 4.6.2 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động
52
Cấu trúc của một bộ khuếch đại sợi quang EDFA được minh họa trên
hình4.11.Trong đó bao gồm:
-Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium(EDF):Là nơi xảy ra quá trình khuếch đại hay vùng tích cực của EDFA.Việc pha các ion trong vùng này nhằm tạo ra sự chồng lấn của năng lượng bơm và tín hiệu với các ion Erbium lớn nhất dẫn đến khả năng khuếch đại tốt hơn.
-Laser bơm:Cung cấp năng lượng ánh sáng để tạo ra trạng thái nghịch đảo nồng độ trong vùng tích cực.Laser bơm phát ra ánh sáng có bước sóng 980nm hoặc 1480nm.
-Coupler:Ghép tín hiệu cần khuếch đại và ánh sáng laser bơm vào trong sợi quang.
-Bộ cách ly quang(Isolator):Ngăn không cho tín hiệu quang phản xạ ngược về phía đầu phát hoặc các tín hiệu quang trên đường truyền phản xạ ngược về EDFA.
Nguyên lý hoạt động
53
Nguyên lý hoạt động của EDFA dựa vào đặc tính của nguyên tố Erbium.Quá trình bức xạ xảy ra trong EDFA nhìn chung có thể được phân cấp thành bức xạ kích
thích và bức xạ tự phát.Khi các Erbium Er3+được kích thích từ trạng thái nền thông qua sự hấp thụ ánh sáng bơm,nó sẽ phân rã không phát xạ từ các mức năng lượng cao hơn cho tới khi tiến tới trạng thái giả bền.Tín hiệu quang tới sẽ đi đến với cá ion Erbium đã được kích thích. Quá trình bức xạ kích thích sẽ tạo ra các photon phụ có cùng pha và hướng quang như tín hiệu tới.Như vậy đã đạt được quá trình khuếch đại quang trong EDFA.
Các ion đã được kích thích mà không tương tác với ánh sáng sẽ phân rã tự phát tới trạng thái nền với hằng số thời gian xấp xỉ 10ms.Phát xạ tự phát SE có pha và hướng ngẫu nhiên và nó trở thành một nguồn nhiễu quang.
Ở đầu ra của bộ khuếch đại quang EDFA không những tín hiệu được khuếch đại mà nhiễu này cũng sẽ được khuếch đại và tạo ra bức xạ tự phát được khuếch đại ASE.ASE làm suy giảm tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu qua bộ khuếch đại.
2) Bộ khuếch đại Raman
Cấu trúc
Hình 4.12.Sơ đồ bộ khuếch đại quang Raman điển hình. [3]
-Sợi quang là nơi xảy ra quá trình khuếch đại,là sợi quang thường truyền tín
hiệu như sợi SMF,DSF…(không cần sử dụng sợi quang đặc biệt như EDFA). -Fiber coupler:Dùng để ghép bước sóng tín hiệu vào với bước sóng bơm. -Laser bơm dùng để cung cấp năng lượng cho các nguyên tử của sợi quang chuyển lên trạng thái kích thích,giúp tạo ra sự nghịch đảo nồng độ.
54
-Filter (hoặc bộ cách ly):Đặt ở hai đầu bộ khuếch đại quang để ngăn chặn tín hiệu ở hai đầu bộ khuếch đại.Đồng thời nó cũng giúp loại trừ nhiễu ASE theo hướng ngược về phía đầu vào có thể gây ảnh hưởng đến các tín hiệu đầu vào.
Nguyên lý hoạt động
Tạo ra sự nghịch đảo nồng độ bằng cách cung cấp năng lượng cho các nguyên tử của sợi quang từ một laser bơm có bước sóng thấp hơn bước sóng của tín hiệu.Khi đó các nguyên tử sợi quang sẽ hấp thụ năng lượng bơm có năng lượng cao(bước sóng ngắn)và chuyển lên mức cao hơn.
Khi có tín hiệu ánh sáng tới,nó sẽ kích thích các nguyên tử đang ở mức năng lượng cao chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn và giải phóng ra một năng lượng dưới dạng photon ánh sáng có cùng bước sóng (dài hơn bước sóng bơm)và cùng pha với tín hiệu đến.Như vậy tín hiệu được khuếch đại.