a) Giản đồ phân bố năng luợng của Er3+:
Hình 1.22: Giản đồ phân bố năng lượng của ion Er3+ trong sợi silica
Giản đồ phân bố năng lượng của Er3+ trong sợi silica được minh họa trong hình trên. Theođó, các ion Er3+ có thể tồn tại ở nhiều vùng năng lượng khác nhau được ký hiệu: 4I15/2 , 4I13/2 , 4I11/2,4I9/2, 4F9/2, 4S9/2, 2H11/2. Trong đó:
- Vùng4I15/2 có mức năng lượng thấp nhất, được gọi là vùng nền (ground-state band) - Vùng 4I13/2 được gọi là vùng giả bền (mestable band) vì các ion Er3+có thời gian sống(lifetime) tại vùng này lâu (khoảng 10ms) trước khi chuyển xuống vùng nền.
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 30
- Vùng 4I11/2, 4I9/2, 4F9/2, 4S9/2, 2H11/2 là các vùng năng lượng cao, được gọi là vùng kíchthích hay vùng bơm (pumping band). Thời gian các ion Er3+ có trạng thái nănglượng trong các vùng này rất ngắn (khoảng 1 μs)
Phổ hấp thụ (absortion spectrum)và phổ độ lợi (gain spectrum) của EDFA có lõi pha Ge được biểu diễn trên hình 2.12 [2].
Hình 1.23: Phổ hấp thụ (absorption spectrum) và phổ độ lợi (gain spectrum) của EDFAcó lõi pha Ge [2].
b) Nguyên lý hoạt động của EDFA
Nguyên lý khuếch đại của EDFA được dựa trên hiện tượng phát xạ kích thích. Quá trình khuếch đại tín hiệu quang trong EDFA có thể được thực hiện:
Khi sử dụng nguồn bơm laser 980nm, các ion Er3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng lượng từcác photon (có năng lượng Ephoton =1.27eV) và chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn ởvùng bơm (pumping band) (1). Tại vùng bơm, các ion Er3+ phân rã không bức xạ rất nhanh (khoảng 1μs) và chuyểnxuống vùng giả bền (2). Khi sử dụng nguồn bơm laser 1480nm, các ion Er3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng lượng từcác photon (có năng lượng Ephoton =0.841eV) và chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn ởđỉnh của vùng giả bền (3)
Thiết kế và mô phỏng hệ thống thông tin quang Nhóm 2 WDM sử dụng phần mềm Optisystem 31
Hình 1.24: Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy ra EDFA với hai bước sóng bơm 980 nmvà 1480nm [1].
Các ion Er3+ trong vùng giả bền luôn có khuynh hướng chuyển xuống vùng năng lượngthấp (vùng có mật độ điện tử cao) (4)
Sau khoảng thời gian sống (khoảng 10ms), nếu không được kích thích bởi các photon cónăng lượng thích hợp (phát xạ kích thích) các ion Er3+ sẽ chuyển sang trạng thái năng lượng thấphơn ở vùng nền và phát xạ ra photon (phát xạ tự phát) (5).