Khuếch đại quang Raman mang lại một nền tảng đơn giản nhất cho các yêu cầu của các bộ khuếch đại quang trong mạng thông tin quang cự ly dài và cực dài. Khuếch đại quang Raman có thể hoạt động với băng tần rộng và tại các tần số mà các bộ khuếch đại quang khác không thể hoạt động. Ví dụ băng tần tăng ích 100 nm có thể sử dụng trong bất kỳ dải nào trong khoảng từ 1300-1650 nm. Thêm vào đó các bộ khuếch đại Raman băng rộng hiện nay có băng tần lên tới 136 nm nhờ sử dụng kỹ thuật đan xen bước sóng ánh sáng bơm và ánh sáng tín hiệu. Các bộ khuếch đại quang Raman không những có thể sử dụng như bộ tiền khuếch đại tạp âm nhỏ cho các bộ khuếch đại quang sợi pha đất hiếm EDFA mà chúng còn có thể sử dụng cho toàn bộ yêu cầu khuếch đại của hệ thống.
Trong các hệ thống DWDM cự ly dài và cực dài, khuếch đại Raman chiếm ưu thế do sự đơn giản và mềm dẻo, linh hoạt. Ví dụ khuyếch đại Raman hỗ trợ hệ thống có độ rộng băng tần 100 nm, nó sẽ bao gồm các băng S, C và L. Nếu các hệ thống DWDM trong tương lai truyền dẫn trên cả ba băng S, C và L mà vẫn sử dụng các bộ khuếch đại quang tập trung như hiện nay thì hệ thống này phải cần thêm các bộ kết hợp băng tần, bộ chia băng tần và ba bộ khuếch đại tập trung như trên
Hình 3.1. - Khuếch đại quang trong hệ thống DWDM đa băng.
Trong hệ thống trên cũng cần một bộ khuếch đại Raman phân bố ba băng đóng vai trò bộ tiền khuếch đại. Mỗi bộ khuếch đại tập trung hoạt động tại các băng khác nhau cần có một Laser bơm, một mạch điều khiển và hệ thống giám sát riêng. Các bộ lọc băng cũng không phải là lý tưởng nên cần có thêm các khoảng bước sóng bảo vệ xung quanh mỗi băng. Do nhiễu và suy hao từ các bộ ghép tách băng hệ thống cần tăng quỹ công suất đường truyền.
Với hệ thống toàn Raman cấu hình hệ thống đơn giản hơn rất nhiều .Trong hệ thống này chỉ cần một bộ khuếch đại Raman tập trung băng rộng đi kèm với một bộ khuếch đại Raman phân bố băng rộng là có thể đáp ứng yêu cầu. Bộ khuếch đại Raman phân bố băng rộng có thể không khác với hệ thống trên. Tuy nhiên, bộ khuếch đại tập trung thì đơn giản hơn rất nhiều: số lượng nguồn bơm ít hơn, một hệ thống giám sát và đặc biệt là không có các bộ hợp và chia băng. Đồng thời có thể kết hợp sợi tăng ích và sợi bù tán sắc trong bộ khuếch đại tập trung để nâng cao hiệu năng của hệ thống.
Trở ngại lớn nhất cho việc sử dụng khuyếch đại Raman trong mạng viễn thông đó là hiệu quả thấp so với EDFA. Tuy nhiên, khi tốc độ bit và tổng số kênh tăng lên, khuếch đại Raman càng trở nên hấp dẫn hơn. Tăng ích của khuếch đại Raman lớn hơn khi công suất bơm lớn, điều này được đáp ứng bởi các hệ thống trong tương lai
Trong các hệ thống WDM ban đầu với ít hơn 32 kênh, công suất bơm vào khoảng 100 mW, đây là khoảng mà khuếch đại Raman có hiệu quả thấp hơn EDFA
Trong hệ thống thông tin quang thế hệ mới, khuếch đại Raman sẽ chiếm ưu thế vể hiệu quả ánh sáng bơm hơn khi so sánh vơi EDFA có ánh sáng bơm 1480 nm . Điều này được chỉ ra trên hình 3.3 bằng cách so sánh hiệu suất chuyển đổi công suất
% 100 / ) ( − × = Pout Pin Ppump
PCE của EDFA ánh sáng bơm 1480nm và khuếch đại Raman với công suất vào 200mW.
Hình 3.3. Hiệu suất chuyển đổi công suất của RA và EDFA
Kết Luận Chương III:
Chương 3 đã tìm hiểu về ứng dụng của khuếch đại Raman trong hệ thống WDM . Khuếch đại quang Raman mang lại một nền tảng đơn giản cho các yêu cầu của các bộ khuếch đại quang trong mạng thông tin quang cự ly dài và cực dài. Khuếch
đại quang Raman có thể hoạt động với băng tần rộng và tại các tần số mà các bộ khuếch đại quang khác không thể hoạt động.
KẾT LUẬN CHUNG
Bài báo cáo đã tìm hiểu tổng quan về khuếch đại .Tìm hiểu về nguyên lý của khuếch đại, một số thông số kĩ thuật như hệ số khuếch đại, độ lợi, công suất ra bão hòa. Ngoài ra, còn tìm hiểu về phân loại khuếch đại. Chia làm hai loại khuếch đại chính nhưng hiện nay phổ biến là dùng khuếch đại EDFA vì nó có nhiều ưu điểm . Nhưng khi tìm hiểu bộ khuếch đại Raman nó cũng có rất nhiều ưu điểm như : Tạp âm nhiễu thấp, cấu trúc đơn giản, dễ chọn băng tần, đạt được băng thông rộng nhờ kết hợp các laser bơm. Tuy nhiên cũng có những nhược điểm không thể tránh khỏi như: xuyên âm giữa các kênh tín hiệu, hệ số khuếch đại thấp, hiệu suất khuếch đại thấp hơn so với EDFA.
Khuếch đại quang Raman mang lại một nền tảng đơn giản cho các yêu cầu của các bộ khuếch đại quang trong mạng thông tin quang cự ly dài và cực dài. Khuếch đại
quang Raman có thể hoạt động với băng tần rộng và tại các tần số mà các bộ khuếch đại quang khác không thể hoạt động.
Do thời gian và trình độ có hạn nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những sai sót. Mong được sự góp ý từ phía thầy cô và các bạn.
Xin chân thành cám ơn !
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
APD Avalanche Photo-Diode Photodiode thác lũ
BA Booster Amplifier Khuếch đại công suất
DWDM Dense Wavelength Division Multiplex Ghép kênh theo bước sóng quang dày đặc
DRA Distributed Raman Amplifier Khuếch đại Raman phân bố DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi bù tán sắc
DSF Double Rayleigh Scattering Sợi dịch tán sắc
EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium
FWHM Full Width At Half Maximum Độ rộng xung tại nửa giá trị cực đại
GS Ground state Trạng thái nền
ILA In Line Amplifier Khuếch đại đường dây
LRA Lumped Raman Amplifier Khuếch đại Raman tập trung
NF Noise Figure Hệ số tạp âm
NDFA Neodymium –Doped Fiber Amplifier
OA Optical Amplifier Khuếch đại quang
OR Optoelectronic Repeater Trạm lặp quang điện
OT Optical Transmitter Bộ phát quang
PDFA Praseodymium –Dopler Fiber Amplifier
SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ SOA Semiconductor Optical Amplifier Khuếch đại quang bán dẫn
SOP Saturation Output Power Công suất ngõ ra bão hòa
SE Spontancous Emission Phát xạ tự phát
SE Stimulated Emission Phát xạ kích thích
SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SRS Spontaneous Raman Scattering Tán xạ Raman tự phát SRS Stimulated Raman Scattering Tán xạ Raman kích thích TDFA Thulium –Doped Fiber Amplifier
TS Transtion state Mức năng lượng chuyển
VS Vibration state Mức năng lượng dao động
WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúccủa một trạmlặp quang
Hình 1.2. Các hiện tượng biến đổi quang điện
Hình 1.3 . Mối tương quan hệ số khuếch đại và hệ số độ lợi
Hình 1.4. Sự phụ thuộc của công suất ra (theo Ps) theo G (theo G0)
Hình 1.5 . Các ứng dụng khuếch đại
Hình 2.1. Giản đồ năng lượng quá trình tán xạ Raman
Hình 2.2.Mô tả quá trình tán xạ raman cưỡng bức
Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc bộ khuếch đại quang Raman
Hình 2.4. Cấu hình bơm thuận cho khuếch đại quang Raman phân bố
Hình 2.5. Cấu hình bơm ngược hướng cho khuếch đại quang Raman phân bố
Hình 2.6. Cấu hình bơm song hướng cho khuếch đại raman
Hình 2.7. Sơ đồ chuyển năng lượng trong khuếch đại raman
Hình 2.8. Hệ số độ lợi raman thay đổi theo độ chênh lệch bước sóng của tín hiệu và nguồn bơm
Hình 2.9. (a).Với khoảng cách nguồn bơm 40nm,các kênh nằm trong dải tần rộng được khuếch đại
(b) Gợn độ lợi do khuếch đại raman và do khoảng cách nguồn bơm
Hình 2.10. Khuyếch đại tập trung (a) và khuyếch đại phân bố (b).
Hình 2.11. Công suất tín hiệu trong hệ thống sử dụng DRA
Hình 2.1. Khuyếch đại Raman tập trung
Hình 2.13. Tăng ích của bộ khuyếch đại Raman tập trung.
Hình 2.14. Khuyếch đại quang lai ghép EDFA/Raman.
Hình 3.1. Khuyếch đại quang trong hệ thống DWDM đa băng.
[2] PGS.TS Phạm Văn Hội “Giáo trình thông tin quang sợi”.
[3] PGS.TS Vũ Doãn Miên “Cơ sở thông tin quang sợi” ,2001. [4] Kỹ thuật ghép kênh “TS Cao Phán và Th.s.Cao Hồng Sơn “
[5]R a m a n A m p l i f i c a t i o n i n F i b e r O p t i c a l C o m m u n i c a t i o n S y s t e m s , Clifford Headley - Govind P. Agrawal, Elsevier, Inc, 2005