1. 2.1 Tổng quan về WDM
2.3 .2 Ứng dụng của FBG trong bộ cân bằng khuyếch đại EDFA
Hình 2. 19: EDFA không sử dụng và có sử dụng FBG
Hình (2. 19) mô tả cấu hình EDFA có sử dụng bộ cân bằng và không sử dụng bộ cân bằng khuyếch đại. Trong cấu hình sử dụng bộ cân bằng khuyếch đại, cách tử Bragg được đặt
Coupler Coupler Laser bơm Laser bơm Tín hiệu Bộ lọc cân bằng Sợi pha Er3+ Tín hiệu Cân bằng Coupler Coupler Laser bơm Laser bơm Tín hiệu Bộ lọc cân bằng Sợi pha Er3+ Tín hiệu Cân bằng Sợi pha Er3+ Coupler Coupler Laser bơm Laser bơm Bộ cách li Sợi pha Er3+ Bộ cách li Tín hiệu Tín hiệu Laser bơm Laser bơm Bộ cách li Sợi pha Er Bộ cách li 3+ Tín hiệu Tín hiệu Coupler FBG
Chuyên đề thông tin quang Chương II: Các ứng dụng của cách tử Bragg sợi quang
ngay trước sợi quang pha Erbium nhằm mục đích phản xạ gần như toàn bộ nhiễu khuyếch đại tự phát ASE quay trở lại sợi EDF nhằm giảm bão hoà gây nên bởi tín hiệu, do vậy đã làm tăng dải biến thiên công suất đầu vào. Xét riêng từng cấu hình và so sánh hệ số khuyếch đại của chúng, ta thấy :
• Đối với trường hợp không sử dụng FBG:
Theo định nghĩa, hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại là tỉ số công suất giữa đầu ra và đầu vào :
Đối với EDFA công suất đầu ra ngoài tín hiệu còn thêm phần công suất ASE, do đó công suất ra là tổng công suất của tín hiệu đã được khuyếch đại và tổng công suất ASE trung bình trên cả hai hướng thuận ngược :
Như vậy hệ số khuyếch đại của EDFA được tính như sau :
Ở đây là công suất của tín hiệu vào. Ảnh hưởng của gia tăng công suất tín hiệu vào đối với hệ số khuyếch đại của EDFA được đặc tả bởi đường cong ( . Trong chế độ năng lượng tín hiệu vào nhỏ, đường cong này là tuyến tính nhưng trong chế độ tín hiệu vào lớn đường cong này là phi tuyến và xảy ra hiện tượng bão hoà khuyếch đại. Theo quy định, bão hoà xảy ra khi độ khuyếch đại của EDFA giảm xuống 3 dB dưới giá trị chưa bão hoà Gmax, hay nói cách khác hệ số khuyếch đại của EDFA giảm xuống một nửa. Quan hệ này như sau:
Hoặc:
Hai tham số Gmax và hoặc tương ứng với mỗi công suất bơm sẽ quyết định dải rộng thay đổi công suất tín hiệu đầu vào của EDFA trong giới hạn:
• Đối với trường hợp EDFA sử dụng FBG:
Trong trường hợp sử dụng FBG, thành phần công suất nhiễu ASE hướng ngược
sẽ bị FBG ngăn chặn và phản xạ ngược trở lại sợi EDF. Khi đó công suất nhiễu ASE phản xạ bởi FBG ngược trở lại sợi EDF xác định như sau:
Trong đó RFBG(λ ) là độ phản xạ của FBG. Sau khi thành phần ASE phản xạ ngược trở lại từ FBG nó lại trở thành truyền cùng hướng với ánh sáng tín hiệu, khi đó công suất đầu vào và đầu ra được xác định như sau:
và là công suất tín hiệu đầu vào và đầu ra khi sử dụng FBG. Từ phương trình (11), (12), (13) suy ra hệ số khuyếch đại trong trường hợp sử dụng FBG như sau:
Phương trình cho thấy tín hiệu đầu vào EDFA có thêm thành phần nhiễu ASE bị phản xạ ngược trở lại bởi FBG, do vậy hệ số khuyếch đại sẽ bị giảm xuống.
Để cân bằng khuyếch đại của EDFA, biện pháp đơn giản và hiệu quả là dựa trên cơ sở sử dụng FBG ở đầu vào sợi EDF để phản xạ (tới trên 99%) thành phần nhiễu ASE trở lại sợi EDF (hình 2.19). Từ các biểu thức toán học đã xác định và cân bằng hệ số khuyếch đại của EDFA đó là công suất nhiễu ASE hướng ngược .
Hệ số khuyếch đại đối với công suất tín hiệu đầu vào phụ thuộc vào đặc tính khuyếch đại tính hiệu của EDFA. Trong chế độ khuyếch đại tín hiệu nhỏ (hay khuyếch đại chưa bảo hoà), hệ số khuyếc đại G thay đổi tuyến tính với công suất tín hiệu đầu vào hầu như ít thay đổi trong một phạm vi xác định. Trong chế độ khuyếch đại tín hiệu lớn (hay khuyếch đại bão hoà), hệ số khuyếch đại G thay đổi phi tuyến với cống suất tín hiệu đầu vào
Hệ số khuyếch đại của EDFA cao nhất trong trường hợp không sử dụng FBG và giảm xuống trong trường hợp sử dụng FBG. Sự suy giảm hệ số khuyếch đại của EDFA khi sử dụng FBG so với khi không sử dụng FBG là do: trong cấu hình sử dụng FBG để phản xạ nhiễu ASE ngược trở lại sợi EDF, như đã phân tích ở trên, nhiễu ASE bị phản xạ ngược trở lại sợi EDF bởi FBG trở thành cùng chiều với hướng truyền tín hiệu, cho nên tác động làm suy giảm công suất tín hiệu đầu vào và giảm bão hoà khuyếch đại gây nên bởi tín hiệu được
Chuyên đề thông tin quang Chương II: Các ứng dụng của cách tử Bragg sợi quang
khuyếch đại; theo phương trình (7), (11), (14), thành phần công suất nhiễu ASE hướng ngược đã phản xạ ngược trở lại sợi EDF bởi FBG và tham gia vào hướng truyền tín hiệu như một tín hiệu đầu vào của EDFA, vì vậy hệ số khuyếch đại của EDFA khi sử dụng FBG do đó có thêm thành phần công suất đã thấp hơn so với không sử dụng FBG.