5. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN
4.6 BỘ KHUẾCH ĐẠI EDFA
Cấu trúc tiêu biểu của bộ EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier – Bộ khuếch đại sợi pha trộn Erbium) đƣợc chỉ ra nhƣ hình vẽ 4.4. EDFA có thành phần chình gồm một đoạn ngắn cáp quang có lõi pha tạp khoảng 0,1% Erbium. Erbium là một nguyên tố đất hiếm có tính năng quang tích cực. Đoạn sợi pha tạp Erbium đƣợc ký hiệu là EDF (Erbium - Doper Fiber – Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium) thƣờng có chiều dài khoảng 10 - 20m. Ngoài ra EDFA còn có một laser bơm để cung cấp năng lƣợng cho đoạn EDF, một bộ ghép bƣớc sóng WDM (Wave Division Multiplexing) để ghép bƣớc sóng ánh sáng tín hiệu và bƣớc sóng ánh sáng bơm vào đoạn EDF và bộ phân cách để hạn chế ánh sáng phản xạ từ hệ thống.
Biểu đồ mức năng lƣợng của ion Erbium đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ 4.5 . Er3+ ở trạng thái không bị bất kỳ tín hiệu quang nào kích thích, ở mức năng lƣợng thấp nhất, khi bơm quang hạt Erbium hấp thụ năng lƣợng rồi chuyển tiếp lên mức năng lƣợng cao hơn. Quang bơm vào có bƣớc sóng khác nhau, các mức năng lƣợng cao có hạt chuyển lên mức năng lƣợng cao hơn. Quang bơm vào có bƣớc sóng khác nhau, các mức năng lƣợng cao có hạt chuyển lên cũng khác nhau. Sự dịch chuyển điện tử từ mức năng lƣợng cao này xuống mức năng lƣợng cơ bản phát ra photon, photon này bức xạ có thể là do hiện tƣợng bức xạ tự phát (sự phân hủy tự nhiên của các ion mà không có bất cứ một động tác nào chen vào) hay kích thích (do sự có mặt của các photon có chứa năng lƣợng bằng năng lƣợng dịch chuyển, kích thích sự phát xạ và tạo ra photon tỷ lệ với số photon của chùm sáng). Trong quá trình bức xạ kích thích, nó tạo ra số photon cùng pha cùng hƣớng với photon tới, nhƣ vậy là đã tạo ra đƣợc quá trình khuếch đại trong EDFA. Bức xạ tự phát tạo ra các photon cùng pha và hƣớng ngẫu nhiên, điều này gây ra nhiễu trong EDFA gọi là nhiễu do bức xạ tự phát đƣợc khuếch đại (ASE). Tuy nhiên thời gian sống của các điện tử ở mức năng lƣợng cao khoảng 10ms đủ để đảm bảo thay vì nhiễu bức xạ gây ra do bức xạ tự phát thì hầu hết các ion Erbium đợi để khuếch đại tín hiệu bằng bức xạ tự kích thích.
Hình 4.5 Giản đồ Erbium
Laser bơm trong EDFA là laser bán dẫn thông thƣờng và đƣợc gọi là nguồn bơm. Nguồn bơm có thể bơm ở nhiều bƣớc sóng nhƣng hiệu quả cao nhất là ở hai bƣớc sóng
980nm và 1480nm. Khi sử dụng EDFA thì chỉ cần một nguồn bơm có công suất nhỏ từ 10 đến 100mW là đủ để công suất ra lớn theo yêu cầu, điều này giảm nguồn nuôi lên hệ thống EDFA có cấu trúc nhỏ nhẹ, linh hoạt. Độ tin cậy là đặc điểm quan trọng đối với laser bơm vì nó đƣợc bơm cho khoảng cách dài và để tránh làm nhiễu tín hiệu. Hiện tại thì bƣớc sóng bơm 1480nm đƣợc sử dụng rộng rãi hơn vì chúng có sẵn và độ tin cậy cao hơn. Nếu tăng đƣợc độ ổn định của laser diode có bƣớc sóng 980nm thì chúng có thể đƣợc chọn làm nguồn bơm.