Với nguyên lý làm việc nh− trên, các bộ khuếch đại Raman có 2 −u điểm chính so với các bộ khuếch đại EDFA trong các hệ thống truyền dẫn. Ưu điểm đầu tiên là nó cải thiện hệ số tạp âm (NF) của hệ thống và thứ hai là đồ thị khuếch đại Raman sẽ phẳng. Cần l−u ý rằng, hai −u điểm này có thể đ−ợc áp dụng cho bất kỳ sợi quang nào.
(a) Cải thiện hệ số tạp âm (NF)
Hệ số tạp âm (NF) của một bộ khuếch đại là tỉ số giữa SNR của tín hiệu đầu vào và SNR của tín hiệu đầu ra. Tham số này mô tả sự suy giảm chất l−ợng tín hiệu sau khi qua bộ khuếch đại. Trong các hệ thống sử dụng khuếch đại Raman, thông số NFeq (hệ số khuếch đại tạp âm t−ơng đ−ơng) mô tả hệ số tạp âm của bộ khuếch đại đạt tại phía thu của chặng (khi không có khuếch đại Raman) thì có cùng SNR với tr−ờng hợp sử dụng khuếch đại Raman phân bố. Hình vẽ 3.7 d−ới đây mô tả 2 hệ thống t−ơng đ−ơng suy hao trong chặng ở hình (b) là αSL; do đó khuếch đại
1
)
( −
= L
G αS và NF của chặng (không đ−ợc bơm) sẽ là αSL(vì không có tạp âm nên NF = Pin/Pout). Tr−ờng hợp 2 bộ khuếch đại liên tiếp nhau thì NF của hệ thống đó đ−ợc tính nh− sau (NFsys = NF1 + (NF2 - 1)/G1), trong đó NF1, NF2 chính là hệ số tạp âm của bộ khuếch đại thứ nhất và thứ hai t−ơng ứng và G1 là khuếch đại của bộ khuếch đại thứ nhất. Tr−ờng hợp hệ thống t−ơng đ−ơng nh− hình (b) NFsys = NFeq-
L S
α . Cân bằng NF của hệ thống t−ơng đ−ơng và hệ thống sự dụng khuếch đại Raman ta đ−ợc:
Feq= NFR/αSL hoặc:
NFeq[dB] = NFR[dB] - αSL[dB] (3.1) Qua công thức trên ta thấy NFeq[dB] có thể nhỏ hơn 0 khi mà NFR[dB] <
L
S
α [dB]. Trong thực tế thì sẽ ít khi xảy ra truờng hợp này, tuy nhiên điều đó cũng mô tả −u điểm v−ợt trội của bộ khuếch đại Raman về hệ số tạp âm (NF). Thông th−ờng các bộ khuếch đại đều gây ra tạp âm cho hệ thống và làm giảm chất l−ợng của hệ thống. Nếu tr−ờng hợp lý t−ởng, tín hiệu lan truyền dọc theo sợi quang không bị suy hao và không cần khuếch đại thì giá trị của NF sẽ bằng 1. Còn tr−ờng hợp xấu nhất, khi mà tín hiệu lan truyền trong sợi quang không bị suy hao nhiều và cần khuếch đại với hệ số khuếch đại lớn và khi đó công suất bơm cũng yêu cầu lớn. Khi đó phát xạ tự phát đựơc khuếch đại (ASE) sẽ xuất hiện trong bộ khuếch đại. Ngoài ra khi mà công suất tín hiệu đ−a vào bộ khuếch đại thấp thì ASE sẽ lấn át tín hiệu này và đ−ợc khuếch đại nhiều hơn. Điều này dẫn tới SNR ở đầu ra sẽ thấp và NP sẽ cao lên. Nếu hệ thống truyền dẫn sử dụng nhiều bộ khuếch đại rời rạc, khi hệ số khuếch đại đ−ợc phân bố dọc theo sợi càng đều thì sẽ yêu cầu hệ số khuếch đại của từng bộ khuếch đại thấp hơn. Đây là lý do tại sao khuếch đại phân bố cho phép hiệu năng tốt hơn khuếch đại rời rạc, nếu hệ số khuếch đại dọc theo sợi càng đều thì hiệu năng đ−ợc cải thiện càng lớn ở các bộ khuếch đại phân bố.
Bộ khuếch đại phân bố G = GN
NF = NFR
Chặng khuếch đại G = 1/αSL
NF = αSL
Bộ khuếch đại t−ơng đ−ơng G = 1/αSL
NF = αSL
Bơm
(a) (b)
Hình 3.7 Hệ thống khuếch đại Raman phân tán (a) và hệ thống t−ơng đ−ơng của một chặng khuếch đại và bộ khuếch đại rời rạc (b)
(b). Độ phẳng khuếch đại đ−ợc cải thiện
Trong hệ thống truyền dẫn đa b−ớc sóng thì viêc phân bổ công suất tại các b−ớc sóng đều nhau là rất quan trọng. Sự thay đổi về khuếch đại cho các b−ớc sóng khác nhau khi đi qua bộ khuếch đại quang sẽ mô tả độ phẳng khuếch đại. Nếu tín hiệu tại một b−ớc sóng mà không đ−ợc khuếch đại một cách t−ơng ứng, khi nó đ−ợc truyền qua nhiều bộ khuếch đại sẽ có công suất tăng rất nhanh (siêu tuyến tính - superlinearly) và sẽ ảnh h−ởng tới hệ số khuếch đại của các kênh khác. Tuy nhiên khi đó hệ thống sẽ bị hạn chế bởi các kênh có hệ số khuếch đại thấp. Một giải pháp khắc phục là đặt các thành phần gây suy hao phụ thuộc vào b−ớc sóng trong các bộ khuếch đại với đặc tính phổ phù hợp.
Trong các hệ thống sử dụng khuếch đại Raman, các bộ khuếch đại cho phép đạt đ−ợc độ phẳng khuếch đại này mà không cần các thành phần gây suy hao phụ thuộc vào b−ớc sóng nh− trên nhờ vào việc sử dụng kiểu bơm đa b−ớc sóng (nhiều nguồn bơm với các b−ớc sóng bơm khác nhau). Đối với mỗi loại sợi quang vị trí khuếch đại Raman (phổ khuếch đại Raman) phụ thuộc vào b−ớc sóng bơm, mức khuếch đại thì phụ thuộc vào b−ớc sóng bơm, mức khuếch đại thì tỷ lệ thuận với công suất bơm và dạng đồ thị đ−ờng cong khuếch đại Raman thì không phụ thuộc vào b−ớc sóng bơm mà phụ thuộc vào độ dịch tần số (độ lệch giữa b−ớc sóng bơm và b−ớc sóng tín hiệu). Do đó, nếu sử dụng kiểu bơm nhiều b−ớc sóng thì sẽ đạt đ−ợc độ phẳng khuếch đại tốt nhất.
Các b−ớc sóng bơm cần thiết và độ khuếch đại tại mỗi b−ớc sóng sẽ đ−ợc dự báo dựa trên đặc tính khuếch đại tại các b−ớc sóng bơm riêng lẻ. Chi tiết về khuếch đại Raman nhiều b−ớc sóng và độ phẳng khuếch đại sẽ đ−ợc trình bày ở phần sau.