b) Các ứng dụng của bộ lọc phản xạ Bragg
2.3.2Bộ khuếch đại quang sợi EDFA
Sự ra đời của khuếch đại quang sợi là một tiến bộ rất lớn trong lĩnh vực công nghệ viễn thông, đơn giản hoá rất nhiều cho việc lắp đặt các mạng cáp quang diện rộng.
Hiện nay, các bộ khuếch đại quang sợi pha tạp erbium EDFA đ−ợc ứng dụng rộng rãi hơn cả do nó có hệ số khuếch đại cao, công suất lớn và mức nhiễu gần nh− lí t−ởng, công tác tại b−ớc sóng 1550nm là b−ớc sóng truyền dẫn tối −u ở hiện tại và t−ơng lai, kết hợp dễ dàng đ−ợc với sợi quang. EDFA không nhạy cảm với hiệu ứng phân cực và loại trừ đ−ợc nhiễu xuyên âm giữa các kênh có các b−ớc sóng khác nhau. Với những khả năng to lớn nh− vậy, EDFA đ−ợc coi nh− là một trạm lặp thế hệ mới, nó đ−ợc ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống viễn thông hiện tại và t−ơng lai.
a) Cấu trúccủa EDFA
Bộ khuếch đại quang sợi EDFA đ−ợc cấu trúc bởi một đoạn sợi quang sợi pha tạp Erbium cùng các thành phần cần thiết khác.Các thành phần này gồm các thành phần thiết bị ghép thụ động WDM, bộ cách li quang Isolator và thiết bị tích cực nh− Laser bơm…. Có 3 loại cấu hình bơm ,bơm xuôi,bơm ng−ợc va bơm cả hai h−ớng.Hình vẽ 2.30 a,b c mô tả cấu trúc điển hình của mổi loại bộ khuếch đại quang sợi.
EDFA là một đoạn sợi quang có pha tạp Ebium, thực hiện chuyển đổi năng l−ợng phát xạ của nguồn bơm thành công suất tín hiệu. Nguồn bơm của laser th−ờng ở hai b−ớc sóng 1480 nm và 980 nm. Bơm ở b−ớc sóng 1480nm có hiệu suất thấp hơn so với b−ớc sóng 980 nm và mức độ đảo mật độ cũng thấp hơn. Tuy nhiên, laser bơm tại b−ớc sóng 1480nm có công suất phát lớn hơn so với laser 980nm. EDFA th−ờng có dải b−ớc sóng khuyếch đại là 30 đến 35 nm (1535 nm-1565 nm).
Theo lý thuyết, hệ số nhiễu của EDFA đạt đ−ợc giới hạn l−ợng tử (giới hạn l−ợng tử này gây ra do phát xạ tự phát). Thực nghiệm cho thấy, hệ số nhiễu của bộ khuếch đại đạt đ−ợc là xấp xỉ 3dB, giá trị thực tế có thể nằm trong dải 3,5ữ6 dB. Độ khuếch đại của EDFA là cực kì cao, G đạt tới 45dB (tức 10500lần) khi sử dụng một bộ khuếch đại 2 tầng. EDFA lại có độ nhạy phân cực thấp, đó là một −u điểm lớn của hệ thống các bộ khuếch đại mắc chuỗi. Các đặc tính bão hoà tốt do công suất bão hoà tăng tuyến tính với công suất bơm.
Thời gian sống dài ở trạng thái kích thích (10 ms) của các ion Er3+ là −u điểm lớn nhất của EDFA so với các loại bộ khuếch đại khác. Do trạng thái kích thích có thể tích luỹ công suất bơm trong một thời gian dài, nên công suất bơm yêu cầu để giữ đ−ợc mức năng l−ợng đủ lớn trong một bộ khuếch đại th−ờng rất thấp, chỉ 10mW đến 20 mW để đạt đ−ợc hệ số khuếch đại tín hiệu 30 dB. Với các tín hiệu ở các b−ớc sóng khác nhau, sự xuyên âm đa kênh trong bộ khuếch đại rất thấp do thời gian sống ở các trạng thái kích thích dài, mật độ hạt ở trạng thái kích thích không thể đáp ứng với những thay đổi tín hiệu quá nhanh từ b−óc
Hình 2.30 Các cấu hình bơm Tín hiệu ra EDF Isolator Isolator Coupler WDM Tín hiệu vào Dòng bơm vào a) Bơm cùng chiều Isolator Coupler WDM EDF Tín hiệu ra Isolator Tín hiệu vào Dòng bơm vào b) Bơm ng−ợc chiều Tín hiệu vào Coupler WDM Coupler WDM EDF Dòng bơm vào Tín hiệu ra Dòng bơm vào c) Bơm song h−ớng
sóng này xuyên qua b−ớc sóng khác, để mang năng l−ợng từ b−ớc sóng này sang b−ớc sóng khác. Cũng vì lý do này, EDFA là bộ khuếch đại không méo, thậm chí trong tr−ờng hợp bão hoà sâu. Hiển nhiên EDFA có thể tích hợp trong một mạng quang vì nó là một thành phần có cấu tạo dựa trên một đoạn sợi Silica. Nh−ợc điểm chính của EDFA, đó là phổ khuếch đại của EDFA không bằng phẳng mà xuất hiện các đỉnh khuếch đại, hệ số khuếch đại không nh− nhau đối với mọi b−ớc sóng.
Tuỳ thuộc vào yêu cầu thiết kế hệ thống mà bộ khuếch đại có thể ở vị trí khác nhau trên tuyến và có yêu cầu kỹ thuật riêng (hình 2-30)
- Bộ khuếch đại công suất BA (Booster Amplifier) Là thiết bị EDFA có công suất vào lớn,đ−ợc sử dụng ngay sau Tx để tăng mức công suất tín hiệu.Do công suất ra t−ơng đối cao nên có thể bỏ qua tạp âm ASE.
- Bộ khuếch đại đ−ờng dây LA (Line Amplifier)Là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp, đ−ợc sử dụng trên đ−ờng truyền (giữa hai đoạn sợi quang) đê tăng chiều dài khoảng lặp.Yêu cầu có khả năng khuếch đại có công suất vào nhỏ, công suất ra lớn và nhiễu gây ra nhỏ nhất.
- Bộ tiền khuếch đại PA (Pre – Amplifer) Là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp,đ−ợc sử dụng ngay tr−ớc Rx để tăng độ nhạy thu.Để đại đ−ợc mức tạp âm ASE thấp,ng−ời ta sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp có thêm chức năng điều chỉnh b−ớc sóng trung tâm theo b−ớc sóng nguồn phát.
n λ 1 λ 1 λ BA MUX DMU X LA PA 1 λ
Hình 2.31Các vị trí của bộ khuếch đại quang trên tuyến thông tin quang
n
Bản thân bộ khuếch đại gây ra nhiễu cho hệ thống. Sau mỗi bộ khuếch đại tỉ số tín hiệu trên tạp âm giảm. Do đó, th−ờng sau ba bộ khuếch đại phải đặt thêm bộ lặp để phục hồi tín hiệu.