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 cĩ 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, thơng thường ánh sáng bơm cĩ cơng 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- Cơng suất tín hiệu trong hệ thống sử dụng DRA
Hình 2.11 biểu diễn mức cơng suất ánh sáng tín hiệu của hệ thống khuyếch đại theo chu kỳ. Đỉnh hình răng cưa tương ứng với các điểm khuyếch đại tập trung. Đường nét đứt là biểu diễn cơng suất ánh sáng tín hiệu trong hệ thống chỉ sử dụng các bộ khuyếch đại tập trung với tăng ích cao. Đường cong trên hình 2.11 tương ứng với cơng suất ánh sáng tín hiệu trong trường hợp sử dụng bộ khuyếch đại DRA kết hợp với bộ khuyếch đại quang tập trung cĩ tăng ích nhỏ. Khi sử dụng DRA mức cơng suất tín hiệu dọc theo sợi quang sẽ đồng đều hơn. Nếu kết hợp các bộ khuyếch tập trung mức ánh sáng tín hiệu đỉnh khơng quá lớn. Như vậy sẽ tránh được các hiệu ứng phi tuyến. Đồng thời mức cơng suất ánh sáng tín hiệu cũng khơng xuống thấp quá do ảnh hưởng của suy hao do đĩ tỉ số SNR được cải thiện. Tỉ số SNR cao tương ứng với khả năng tăng khoảng cách giữa các bộ khuyếch đại hoặc tăng dung lượng của kênh tín hiệu. Khoảng cách giữa các bộ khuyếch đại quang tập trung thường khoảng 80 km, bằng cách sử dụng DRA hiệu năng của hệ thống tương đương với sử dụng khuyếch đại quang tập trung với khoảng cách giữa chúng là 35 đến 38 km [5], [8].
Ngồi khả năng tăng khoảng cách giữa các bộ khuyếch đại hoặc tăng tốc độ bit DRA cịn được sử dụng trong hệ thống WDM để giảm khoảng cách giữa các kênh hoặc hoạt động tại bước sĩng tán sắc khơng.
Một số thí nghiệm với DRA [5], [8]:
Terahara và các cộng sự đã triển khai hệ thống sử dụng DRA hai băng (băng C và băng L) cho hệ thống WDM cự ly dài. Trong hệ thống này tốc độ truyền là 12.8
cách giữa các bộ khuyếch đại là 140 km (tăng 60 km so với hệ thống thơng thường). Với bộ khuyếch đại DRA hai băng, tỉ số giữa tín hiệu trên tạp âm quang OSNR tăng 3.7 dB tại băng C và băng L.
Các thí nghiệm của Nielsen thực hiện trên hệ thống 3.28 Tb/s (82 x 40 Gb/s mã NRZ) với sợi dịch tán sắc cĩ chiều dài 3x100 km. Hệ thống bao gồm 40 kênh WDM băng C (khoảng cách giữa các kênh là 100 GHz) và 42 kênh WDM băng L (khoảng cách giữa các kênh cũng là 100 GHz). Hệ thống này cĩ tỉ số lỗi bit (BER) dưới 10−10
dù các kênh đều khơng sử dụng sửa lỗi trước (forward error correction)
H. Suzuki thực hiện nghiên cứu hiệu ứng phi tuyến trên hệ thống DWDM 1Tb/s băng C (100 x 10Gb/s, khoảng cách giữa các kênh là 25 Ghz) cĩ khoảng cách 320 km (4x80 km) và sử dụng sợi dịch tán sắc DSF. Với việc sử dụng DRA và ghép kênh đan xen phân cực, ảnh hưởng của hiệu ứng trộn bốn sĩng FWM khơng đáng kể.
Bên cạnh các ưu điểm vừa nêu, khuyếch đại Raman tập trung cũng cĩ một số nhược điểm:
Sợi quang cĩ chiều dài hiệu dụng thấpLeffđược xác định từ hệ số suy hao của sợi. Trong các bộ khuyếch 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 khuyếch đại.
DRA cĩ cơng suất ánh sáng bơm rất cao, ví dụđể tối ưu hố mức nhiễu cơng suất ánh sáng bơm với sợi dịch tán sắc khoảng 580mW và 1.28 W với sợi đơn mode chuẩn. Với mức cơng suất ánh sáng bơm cao như vậy các thiết bị quang như connector rất dễ bị hư hại.
DRA rất nhạy cảm với các điều kiện mơi trường như nhiệt độ, độ ẩm… và sự thay đổi cơ học.
Một vấn đềđáng được quan tâm khác đối với DRA là nhiễu tán xạ Rayleigh kép. Các bộ khuyếch đại DRA thường cĩ nhiễu DRS cao hơn so với các bộ khuyếch đại Raman tập trung khi sử dụng cùng loại sợi và cĩ 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.
2.3.7 Khuyếch đại Raman tập trung LRA (Lumped Raman Amplifier)
Hình 2.12- Khuyếch đại Raman tập trung.
Bộ khuyếch đại Raman tập trung LRA là một khối đơn. Trong bộ khuyếch đại Raman tập trung tất cả cơng suất ánh sáng bơm được tập trung trong một khối. Hình 2.12 là một thí dụ kết nối bộ khuyếch đại Raman tập trung trong hệ thống thơng tin quang. 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 khuyếch đại Raman phân bố ánh sáng bơm khơng đi vào sợi quang từ bên ngồi bộ khuyếch đại.
)
(
d
B
Đặc điểm đáng lưu ý nhất của khuyếch đại Raman tập trung đĩ là khả năng sử dụng dải bước sĩng mới mà tại các dải băng này EDFA khơng thể hoạt động.
Khả năng sử dụng băng S với khuyếch đại quang Raman
Trong các dải băng cửa sổ thơng tin khuyếch đại quang sợi EDFA chỉ cĩ thể hoạt động tại băng C và băng L mà khơng thể hoạt động tại băng S (1480-1530 nm). Với khuyếch đại Raman bước sĩng khuyếch đại được quyết định bởi bước sĩng ánh sáng bơm và như vậy khuyếch đại Raman cĩ thể hoạt động ở bất kỳ vùng bước sĩng nào cĩ suy hao thấp. Hiện nay với kỹ thuật làm khơ, suy hao sợi quang do hấp thụ nước tại bước sĩng 1390 nm đã giảm mạnh. Như vậy kết hợp với sử dụng các loại sợi quang mới, khuyếch đại Raman đã khơng những chỉ cĩ thể hoạt động tại băng C mà cịn cĩ khả năng sử dụng khác trong dải 1280 đến 1550 nm. ) / ( km d B
Hình 2.14- Sự phụ thuộc của suy hao theo bước sĩng
Sự phát triển của DWDM khơng những cho phép tăng dung lượng của truyền dẫn của mỗi kênh mà cịn tăng số kênh truyền dẫn trên một sợi quang. Hiện nay các hệ thống WDM và DWDM hầu hết đều sử dụng băng C và băng L. Khi nhu cầu về số kênh truyền dẫn cho DWDM tăng thì các dải băng tần mới được đưa vào sử dụng. Trong các dải băng khả chuyển cĩ băng S là quan trọng nhất. Băng S cĩ đặc tính suy hao do hấp thụ và suy hao do uốn cong đối với sợi đơm mode chuẩn tốt hơn so với
băng L. Băng S cũng cĩ tán sắc nhỏ hơn băng L khoảng 30 %. Một số loại khuyếch đại được nghiên cứu ứng dụng cho băng S như là khuyếch đại quang bán dẫn, khuyếch đại quang sợi pha Thilium nhưng chỉ cĩ khuyếch đại Raman là giải pháp tối ưu cho vấn đề này [8]. Để tìm hiểu về khả năng sử dụng băng S của LRA ta nghiên cứu hệ thống thử nghiệm của B.A. Puc lần đầu tiên sử dụng khuyếch đại Raman tập trung bù tán sắc băng S SLRA ( sợi tăng ích cĩ tán sắc âm tại băng S, mỗi bộ SLRA cĩ thể bù tán sắc cho 75 km sợi SSMF).
Hình 2.15- Hệ thống thử nghiệm SLRA của A. Puc.
Trong hệ thống này 11 bộ SLRA được sử dụng để truyền 20 kênh băng S (từ 493.36 đến 1521.77 nm với khoảng cách giữa các kênh là 200 GHz) trên sợi đơn mode chuẩn cĩ chiều dài 867 km, với tốc độ mỗi kênh là 10.67 Gb/s. Với suy hao trung bình mỗi chặng khoảng 21 dB, mức cơng suất tín hiệu ra trung bình của mỗi bộ SLRA là 14 dBm. Tỉ số tín hiệu trên tạp âm quang OSNR đạt khoảng 20.7dB. Với giá trị này các kênh đều cĩ BER<10−12 khi khơng sử dụng các kỹ thuật sửa lỗi. Khi sử dụng kỹ thuật sửa lỗi trước Reed-Solomon tỉ số SNR tăng khoảng 5dB.
Thí nghiệm của B. A. Puc lần đầu tiên đã chứng minh khả năng của khuyếch đại Raman tập trung. Các thử nghiệm sau này tiếp tục được nghiên cứu đã khẳng định SLRA là cơng nghệ chìa khố cho sự mở rộng băng tần hoạt động của mạng thơng tin quang sang dải băng S.