Nguyên lý khuếch đại được thực hiện nhờ cơ chế bức xạ trong 3 mức hoặc 4 mức như hình 2.24
EDFA bao gồm một đoạn ngắn sợi cáp quang mà lõi của chúng được pha trộn ít hơn 0,1% erbium, là một nguyên tố đất hiếm có tính năng quang tích cực. Các ion erbium được bơm tới một mức năng lượng phía trên do sự hấp thụ ánh sáng từ một nguồn bơm, chẳng hạn bơm ở bước sóng ánh sáng 1480nm. Sự chuyển dịch của ion từ mức năng lượng cao này xuống mức năng lượng cơ bản phát ra một photon, photon này được bức xạ có thể là do hiện tượng bức xạ tự phát hay là bức xạ kích thích. Các photon tín hiệu trong EDFA kích thích “sự tái định cư” ở trạng thái kích thích và khuếch đại tín hiệu. Thời gian sống của ion ở mức năng lượng cao vào khoảng 10 ms đảm bảo rằng thay vì nhiễu bức xạ gây ra bởi bức xạ tự phát thì hầu hết các ion erbium đợi để được khuếch đại tín hiệu bằng bức xạ kích thích.
Sự hấp thụ ánh sáng bơm kích thích các ion erbium mà chúng tích trữ năng lượng cho đến khi một cách lý tưởng là có một photon tín hiệu kích thích sự chuyển đổi nó thành một ion tín hiệu khác. Sự hấp thụ các bước sóng 980nm và 1480nm là có hiệu quả nhất. Sợi quang có pha trộn nguyên tố erbium được nối ghép với sợi quang bình thường và có thể ghép với các tín hiệu khác. Bơm ánh sáng được kết hợp với tín hiệu vào và có sử dụng bộ ghép bước sóng. Ánh sáng bơm được truyền dọc theo sợi có pha Erbium và bị hấp thụ khi các ion Erbium được đưa lên trạng thái kích thích.
Khi tín hiệu được truyền vào bộ EDFA nó kích thích sự phát xạ của ánh sáng từ các ion ở trạng thái kích thích vì vậy nó khuếch đại công suất tín hiệu.
input isolator Coupler isolator output
Laser Diode TÝn hiÖu vµo TÝn hiÖu ra B¬m b−íc sãng 980nm hay 1480 nm EDFA Hình 2.25: Cấu trúc cơ sở của bộ khuếch đại EDFA
Dựa vào đường đặc tính phổ khuếch đại của nó ta thấy nguồn laser bơm ở bước sóng 980nm hoặc 1480nm thì hiệu suất bơm là hiệu quả nhất. Các bộ cách li quang có nhiệm vụ chống phản xạ tín hiệu, chỉ cho phép truyền dẫn quang đơn hướng. Coupler WDM dùng để ghép tín hiệu bước sóng bơm và tín hiệu cần khuếch đại vào sợi Erbium.
Hình 2.26: Phổ khuếch đại của EDFA