D Att= αf L[dB]
áp dụng khuếch đại quang sợi EDFA vào hệ thống thông tin quang
4.3. ứng dụng trong hệ thống ghép kênh theo bớc sóng
4.3.1. Hệ thống ghép kênh theo bớc sóng WDM
WDM là công nghệ trong sợi quang đồng thời truyền nhiều bớc sóng tín hiệu quang. Nguyên lý cơ bản là tín hiệu quang có bớc sóng khác nhau ở đầu vào đợc tổ hợp lại (ghép kênh) và phối ghép trên cùng một sợi quang của đờng dây cáp quang để truyền dẫn, ở đầu thu tín hiệu có bớc sóng tổ hợp đó đợc phân giải ra (tách kênh) và xử lý thêm một bớc, khôi phục lại tín hiệu gốc rồi đa vào các đầu cuối khác nhau.
Hiện nay do một số linh kiện quang và công nghệ quang cha đợc hoàn thiện, vì vậy muốn thực hiện ghép quang dày đặc trên kênh tín hiệu quang t- ơng đối khó khăn. Trong tình hình đó, ngời ta gọi ghép kênh bớc sóng ở trong cùng một số cửa sổ khoảng cách trên các kênh tơng đối nhỏ là ghép kênh bớc sóng dày đặc (DWDM: Dense wavelength division multiplexing).
Hệ thống này tại bớc sóng 1550 nm, đồng thời dùng 8, 16 hoặc nhiều bớc sóng hơn tạo thành hệ thống thông tin quang trên một đôi sợi quang (cũng có thể dùng một sợi), trong đó khoảng cách giữa mỗi sợi một bớc sóng là 1,6 nm hoặc 0,8 nm hoặc thấp hơn tơng ứng với khoảng cách 200 Ghz, 100 Ghz hoặc dải hẹp hơn. Trong đó 1525 – 1565 nm đợc gọi là băng tần C, đây là băng tần mà các hệ thống hiện nay sử dụng, băng sóng hiện đang nghiên cứu và phát triển là băng sóng L (1570 –1620 nm) và băng sóng S (1400 nm).
Hình 4.3 Sơ đồ khối hệ thống ghép kênh theo bớc sóng WDM
Hiện nay các hệ thống nói chung thờng sử dụng bớc sóng của kênh tín hiệu cùng khoảng cách tức k. 0,8 nm (k là số nguyên dơng).
Có 2 hình thức chính cấu thành hệ thống WDM: Truyền dẫn 1 chiều 2 sợi và truyền dẫn 2 chiều một sợi.
4.3.2. EDFA dùng trong hệ thống WDM
Yêu cầu EDFA sử dụng trong hệ thống WDM cần có băng tần đủ tăng ích bằng phẳng, hệ số tạp âm thấp và công suất đa ra cao. Đặc biệt cần băng tần rộng hơn so với dùng hệ thống một kênh.
Băng tần tăng ích trên 2 cửa sổ (1310nm và 1550nm) tiêu hao thấp của sợi quang thạch anh đều có thể ghép kênh theo bớc sóng còn bộ khuếch đại quang sợi EDFA chỉ thích ứng với đoạn sóng 1550nm, dùng trong phạm vi phổ tấn số 1530- 1565nm, băng tần tăng ích 20- 40nm có thể thoả mãn hệ thống ghép kênh 4-32 kênh tín hiệu.
Tăng ích bằng phẳng : yêu cầu đặc biệt của EDFA là tăng ích bằng phẳng (gain flatting). Nói chung EDFA tăng ích trong băng tần làm việc có lên xuống nhất định.
- Độ bằng phẳng của tăng ích trong băng EDFFA (GF) là hiệu số của tăng ích ở điểm tăng ích bớc lớn nhất và điểm tăng ích bớc sóng nhỏ nhất (∆
tốt. Nếu sử dụng EDFA có nhiều tầng sai số tăng ích này sẽ tích lũy tuyến tính đến mức khi tới đầu thu kênh bớc sóng tăng ích cao có thể làm cho đầu và máy thu quá tải , mà kênh bớc sóng tăng ích nhỏ thì tỷ lệ S/N không đạt yêu cầu, nên toàn bộ hệ thống không làm việc bình thờng. Do đó GF của mỗi bộ khuếch đại cần đợc hạn chế trong 1dB.
Khắc phục :
Chọn lựa khu vực tăng ích bằng phẳng của EDFA: Chọn 16 bớc sóng công tác ở đoạn sóng 1548-1560nm.
Công nghệ cân bằng tăng ích:
- Dùng đặc tính tổn hao của bộ cân bằng và đặc tính tăng ích bớc sóng của bộ khuếch đại ngợc nhau để loại bỏ sự không bằng phẳng của tăng ích. Điểm then chốt của công nghệ này là cần phải ăn khớp chặt chẽ với nhau giữa đờng cong tăng ích của bộ khuếch đại và đặc tính tổn hao của bộ cân bằng làm cho đặc tính tổng hợp bằng phẳng. Bộ cân bằng hiện nay chủ yếu có bộ lọc quang tiêu chuẩn, bộ lọc màng mỏng nhiều lớp, lới sợi quang và đờng dẫn sóng mặt phẳng( PLC). Phơng pháp này có thể thực hiện EDFA băng rộng có tăng ích bằng phẳng với sai lệch tăng ích dới 5%.
Nghiên cứu chế tạo bộ khuếch đại quang sợi có tăng ích bằng phẳng: - EDFA trộn A1 hoặc photpho nhôm.
- Bộ khuếch đại sợi quang hai lõi.
- Bộ khuếch đại sợi quang trộn chất cơ bản là Flo và sợi quang trộn chất erbium.
Hệ số tạp âm và công suất ra bão hòa:
Về bản chất của hệ thống truyền dẫn sợi quang WDM + EDFA là hệ thống truyền dẫn tơng tự. Chất lợng truyền dẫn phụ thuộc vào hệ số tạp âm của bản thân EDFA. Hệ số này phụ thuộc vào ASE, tổn hao nội bộ của các linh kiện, hiệu suất phối ghép, công suất bơm…
Về nguyên tắc hệ số tạp âm của EDFA càng nhỏ công suất bão hòa càng lớn thì cự ly truyền dẫn càng dài. Tuy nhiên trong hệ thống WDM cần phải kể đến hiệu ứng phi tuyến nh trộn bốn bớc sóng. Nên cần hạn chế công suất lớn nhất truy nhập vào đờng dây sợi quang để đảm bảo thấp hơn ngỡng phát sinh hiệu ứng phi tuyến.
Biện pháp an toàn khi sử dụng EDFA:
Khi cáp quang đứt hoặc cha đấu vào bộ kết nối… có thể gây ra tràn tín hiệu đối với hệ thống WDM có sử dụng EDFA. Mặt khác hệ thống bộ khuếch đại quang khi ở mức công suất cao có thể đã làm việc trong mép an toàn của công suất sợi quang. ITU – T khuyến nghị: Mức công suất quang tối đa của một hoặc nhiều đờng đa vào sợi quang là 17dBm. Sự xác định này dựa trên 3 tiêu chí:
An toàn của bộ kích quang; tính phi tuyến của sợi quang và an toàn cho mắt ngời.
Hệ thống cần có chức năng tự động cắt công suất và khởi động lại để phòng ngừa tổn hại đến hệ thống và mắt ngời.
Khi hệ thống thăm dò mất tín hiệu LOS trên đờng kết nối, có thể khóa mạch của một bộ khuếch đại phía trớc và tất cả các bộ khuếch đại trong đoạn tái sinh phía sau. Khi khôi phục tín hiệu thì khôi phục lại bộ khuếch đại. Nh vậy có thể làm đảm bảo đợc mức điện ở trong phạm vi yêu cầu an toàn trong trờng hợp khóa mạch. Đối với hệ thống WDM, chỉ khi tất cả tín hiệu quang trên kênh chính đều bị mất thì máy khởi động.
