Bộ khuếch đại quang sợi EDFA được cấu trỳc bởi một đoạn quang sợi pha tạp Erbium cựng cỏc thành phần cần thiết khỏc. Cỏc thành phần này gồm cỏc thành phần
thiết bị ghộp thụ động WDM, bộ cỏch ly quang Isolator, Laser bơm… Ta cú thể mụ tả một bộ EDFA thục tế như hỡnh 3.35. Đõy là cấu hỡnh bơm xuụi của bộ EDFA.
Thành phần chớnh của bộ khuếch đại quang sợi EDFA là một đoạn sợi quang pha tạp Erbium, cú chiều dài từ vài một đến vài chục một. Sợi này được xem là sợi tớch cực vỡ chỳng cú khả năng khuếch đại hoặc tỏi tạo tớn hiệu khi cú kớch thớch phự hợp. Đoạn lừi sợi là thủy tinh SiO2 – Al2O3 pha trộn đất hiếm Erbium với nồng độ 100 -2000 ppm. Cỏc sợi EDFA thường cú lừi nhỏ hơn và khẩu độ số NA cao hơn so với sợi tiờu chuẩn. Cỏc iụn Erbium tập trung ở phần trung tõm của lừi. Ngoài sự pha tạp Erbium trong vựng lừi, cấu trỳc đoạn sợi quang pha tạp là hoàn toàn giống với cấu trỳc của sợi đơn mode. Lớp vỏ thủy tinh cú chỉ số chiết suất thấp hơn được bao quanh lừi để hoàn thiện cấu trỳc dẫn súng. Đường kớnh ngoài của lớp vỏ này là 125μm.
Nguyờn lý hoạt động của EDFA dựa vào đặc tớnh của nguyờn tố Erbium- một nguyờn tố cú tớnh năng quang tớch cực.
Cỏc iụn Erbium được bơm tới một mức năng lượng phớa trờn do sự hấp thụ ỏnh sỏng từ một nguồn bơm, chẳng hạn như ở bước súng 980nm. Sự chuyển dịch của điện tử từ mức năng lượng cao này xuống mức năng lượng cơ bản phỏt ra một photon, photon này được bức xạ cú thể là do hiện tượng bức xạ tự phỏt hay bức xạ kớch thớch .
Tớn hiệu vào
Hỡnh 3.36 Cấu trỳc điển hỡnh của bộ khuếch đại quang sợi EDFA. Tớn hiệu ra EDF Coupler WDM LD Bơm năng lượng λ=980nm Mức kớch thớch Phõn ró khụng bức xạ Mức siờu bền Tớn hiệu được khuếch đại Mức cơ bản Tớn hiệu tới
Cỏc photon tớn hiệu trong EDFA kớch thớch sự “tỏi định cư” ở trạng thỏi kớch thớch và khuếch đại tớn hiệu. Thời gian sống của điện tử ở mức năng lượng cao vào khoảng 14ms, đảm bảo rằng nhiễu bức xạ gõy ra do quỏ trỡnh bức xạ tự phỏt thay bằng cỏc bức xạ kớch thớch do cỏc nguyờn tử Erbium.
Sự hấp thụ ỏnh sỏng bơm kớch thớch cỏc iụn Erbium mà chỳng tớch trữ năng lượng sẽ xảy ra cho đến khi một cỏch lý tưởng là cú một photon tớn hiệu kớch thớch sự chuyển đổi nú thành một iụn tớn hiệu khỏc. Ánh sỏng bơm được truyền dọc theo sợi cú pha Erbium và bị hấp thụ khi cỏc iụn Erbium được đưa đến trạng thỏi kớch thớch. Do đú khi tớn hiệu được truyền vào bộ EDFA, nú kớch thớch sự phỏt xạ của ỏnh sỏng từ cỏc iụn ở trạng thỏi kớch thớch, và khuếch đại cụng suất tớn hiệu ở đầu ra.