2.4.1.Khuyếch đại Raman phân bố DRA (Distributed Raman Amplifier)
Hình 2.10. Khuyếch đại tập trung (a) và khuyếch đại phân bố (b).
Với bộ khuyếch đại Raman phân bố DRA, ánh sáng bơm được phân bố trải dài trong sợi quang. DRA tận dụng sợi quang sẵn có trong mạng như một phương tiện để khuyếch đại tín hiệu và như vậy ánh sáng sẽ được khuyếch đại đồng đều dọc theo sợi quang trên một khoảng cách lớn (Hình 2.10b).
Với các bộ khuyếch đại DRA, thông thường ánh sáng bơm có công suất cao được bơm theo hướng ngược để kết hợp với các bộ khuyếch đại tập trung khác như các bộ khuyếch đại quang sợi pha đất hiếm EDFA. Ưu điểm chính của DRA là cải thiện tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR và giảm tính phi tuyến.
Hình 2.11. Công suất tín hiệu trong hệ thống sử dụng DRA
Hình 2.11. biểu diễn mức công suất ánh sáng tín hiệu của hệ thống khuyếch đại theo chu kỳ. Đỉnh hình răng cưa tương ứng với các điểm khuếch đại tập trung. Đường nét đứt là biểu diễn công suất ánh sáng tín hiệu trong hệ thống chỉ sử dụng các bộ khuếch đại tập trung với tăng ích cao. Đường cong trên hình 2.11 tương ứng với công suất ánh sáng tín hiệu trong trường hợp sử dụng bộ khuếch đại DRA kết hợp với bộ khuếch đại quang tập trung có tăng ích nhỏ. Khi sử dụng DRA mức công suất tín hiệu dọc theo sợi quang sẽ đồng đều hơn. Nếu kết hợp các bộ khuếch tập trung mức ánh sáng tín hiệu đỉnh không quá lớn. Như vậy sẽ tránh được các hiệu ứng phi tuyến. Đồng thời mức công suất ánh sáng tín hiệu cũng không xuống thấp quá do ảnh hưởng của suy hao do đó tỉ số SNR được cải thiện. Tỉ số SNR cao tương ứng với khả năng tăng khoảng cách giữa các bộ khuếch đại hoặc tăng dung lượng của kênh tín hiệu. Khoảng cách giữa các bộ khuếch đại quang tập trung thường khoảng 80 km, bằng cách sử dụng DRA hiệu năng của hệ thống tương đương với sử dụng khuếch đại quang tập trung với khoảng cách giữa chúng là 35 đến 38 km .
Ngoài khả năng tăng khoảng cách giữa các bộ khuếch đại hoặc tăng tốc độ bit DRA còn được sử dụng trong hệ thống WDM để giảm khoảng cách giữa các kênh hoặc hoạt động tại bước sóng tán sắc không.
Bên cạnh các ưu điểm vừa nêu, khuyếch đại Raman tập trung cũng có một số nhược điểm:
Sợi quang có chiều dài hiệu dụng thấpLeff được xác định từ hệ số suy hao của sợi. Trong các bộ khuếch đại DRA chiều dài hiệu dụng của sợi quang thường nhỏ hơn 40 km.Chiều dài hiệu dụng thấp làm giảm khả năng tăng khoảng cách giữa các bộ khuếch đại.
DRA có công suất ánh sáng bơm rất cao.
DRA rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm… và sự thay đổi cơ học.
Một vấn đề đáng được quan tâm khác đối với DRA là nhiễu tán xạ Rayleigh kép. Các bộ khuếch đại DRA thường có nhiễu DRS cao hơn so với các bộ khuếch đại Raman tập trung khi sử dụng cùng loại sợi và có chiều dài sợi như nhau.
Những vấn đề trên làm giảm tính ưu việt của DRA. Tuy nhiên do lợi ích từ tỉ số SNR và giảm hiệu ứng phi tuyến của DRA là rất lớn nên DRA đã được sử dụng khá rộng rãi trong các hệ thống cự ly dài.
2.4.2.Khuếch đại Raman tập trung LRA (Lumped Raman Amplifier)
Hình 2.12. Khuếch đại Raman tập trung.
Bộ khuếch đại Raman tập trung LRA là một khối đơn. Trong bộ khuếch đại Raman tập trung tất cả công suất ánh sáng bơm được tập trung trong một khối.. Trong sơ đồ trên ánh sáng bơm được giữ trong bộ khuyếch đại bằng các bộ cách ly xung quanh bộ khuyếch đại với chiều dài sợi tăng ích Raman khoảng vài km. Như vậy khác với bộ khuếch đại Raman phân bố ánh sáng bơm không đi vào sợi quang từ bên ngoài bộ khuếch đại.
Hình 2.13. Tăng ích của bộ khuyếch đại Raman tập trung.
Đặc điểm đáng lưu ý nhất của khuếch đại Raman tập trung đó là khả năng sử dụng dải bước sóng mới mà tại các dải băng này EDFA không thể hoạt động.
- Khả năng sử dụng băng S với khuếch đại quang Raman
Trong các dải băng cửa sổ thông tin khuyếch đại quang sợi EDFA chỉ có thể hoạt động tại băng C và băng L mà không thể hoạt động tại băng S (1480-1530 nm). Với khuếch đại Raman bước sóng khuyếch đại được quyết định bởi bước sóng ánh sáng bơm và như vậy khuếch đại Raman có thể hoạt động ở bất kỳ vùng bước sóng nào có suy hao thấp.. Như vậy kết hợp với sử dụng các loại sợi quang mới, khuếch đại Raman đã không những chỉ có thể hoạt động tại băng C mà còn có khả năng sử dụng khác trong dải 1280 đến 1550 nm.
Trong các dải băng khả chuyển có băng S là quan trọng nhất. Băng S có đặc tính suy hao do hấp thụ và suy hao do uốn cong đối với sợi đơn mode chuẩn tốt hơn so với băng L. Băng S cũng có tán sắc nhỏ hơn băng L khoảng 30 %. Một số loại khuếch đại được nghiên cứu ứng dụng cho băng S như là khuếch đại quang bán dẫn, khuếch đại quang sợi pha Thilium nhưng chỉ có khuếch đại Raman là giải pháp tối ưu cho vấn đề này.