b) Các ứng dụng của bộ lọc phản xạ Bragg
2.3.2 Bộ 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 đợc ứng dụng rộng rãi hơn cả do nó có hệ số khuếch đại cao, công suất lớn và mức nhiễu gần nh lí tởng, công tác tại bớc sóng 1550nm là bớc sóng truyền dẫn tối u ở hiện tại và t- ơng lai, kết hợp dễ dàng đợc với sợi quang. EDFA không nhạy cảm với hiệu ứng phân cực và loại trừ đợc nhiễu xuyên âm giữa các kênh có các bớc sóng khác 49
nhau. Với những khả năng to lớn nh vậy, EDFA đợc coi nh là một trạm lặp thế hệ mới, nó đợc ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống viễn thông hiện tại và tơng lai.
a) Cấu trúccủa EDFA
Bộ khuếch đại quang sợi EDFA đợc 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 thờng ở hai bớc sóng 1480 nm và 980 nm. Bơm ở bớc sóng 1480nm có hiệu suất thấp hơn so với bớc sóng 980 nm và mức độ đảo mật độ cũng thấp hơn. Tuy nhiên, laser bơm tại bớc sóng 1480nm có công suất phát lớn hơn so với laser 980nm. EDFA thờng có dải bớc sóng khuyếch đại là 30 đến 35 nm (1535 nm-1565 nm).
Nguyễn Tnành Chung D2001VT– 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 ngược chiều
Tín hiệu vào Coupler WDM Coupler WDM EDF Dòng bơm vào Tín hiệu ra Dòng bơm vào
c) Bơm song hướng
Theo lý thuyết, hệ số nhiễu của EDFA đạt đợc giới hạn lợng tử (giới hạn lợng tử này gây ra do phát xạ tự phát). Thực nghiệm cho thấy, hệ số nhiễu của bộ khuếch đại đạt đợc 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 đợc mức năng lợng đủ lớn trong một bộ khuếch đại thờng rất thấp, chỉ 10mW đến 20 mW để đạt đợc hệ số khuếch đại tín hiệu 30 dB. Với các tín hiệu ở các bớc 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 bóc sóng này xuyên qua bớc sóng khác, để mang năng lợng từ bớc sóng này sang bớc sóng khác. Cũng vì lý do này, EDFA là bộ khuếch đại không méo, thậm chí trong trờng 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. Nhợc 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 bớc 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,đợc sử dụng ngay sau Tx để tăng mức công suất tín hiệu.Do công suất ra tơng đối cao nên có thể bỏ qua tạp âm ASE.
- Bộ khuếch đại đờng dây LA (Line Amplifier)Là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp, đợc sử dụng trên đờng 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,đợc sử dụng ngay trớc Rx để tăng độ nhạy thu.Để đại đợc mức tạp âm ASE thấp,ngời ta sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp có thêm chức năng điều chỉnh bớc sóng trung tâm theo bớc sóng nguồn phát.
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, thờng sau ba bộ khuếch đại phải đặt thêm bộ lặp để phục hồi tín hiệu.