V sẽ được tách vể hai phía và điện trường nội trong chuyển tiếp gi ảm đi D òng điện
4 I Điều kiện này cho phép chúng ta tạo
trạng thái mật độ phân bố trong môi trường pha tạp Er.
Hấp thụ Phát xạ 1.48 1.5 1.52 1.54 1.56 1.58 λ(μm) Hấp thụ và phát xạ
Phổ hấp thụ và phát xạ của ion Er trong thuỷ tinh SiO2 pha tạp GeO2 để tăng
chiết suất lõi sợi có sự khác biệt rất rõ ràng trong vùng 1,54 ÷ 1,6μm (phát xạ lớn hơn hấp thụ trong vùng này), do đó hiệu suất khuếch đại khá cao trong vùng này.
Hiệu suất bơm cho EDFA có hiệu quả cao tại bước sóng 0,98μm và 1,48μm. Tại các bước sóng bơm này tăng ích của bộ khuếch đại đạt đến 30 ÷ 40dB khi hấp thụ
10 ÷ 20mW công suất quang bơm bước sóng 0,98μm. Hiệu suất 11dB/mW đã đạt được khi bơm bằng 0,98μm. Đây là hiệu suất tăng ích rất cao.
Khi bơm bằng bước sóng 820nm, hiệu suất bơm đạt 1dB/mW. Các bước sóng
trong vùng khả kiến cũng có thể sử dụng để bơm kích thích ion Er, tuy nhiên một
số hiệu ứng hấp thụ trên mức kích thích (ESA) làm ảnh hưởng đến hiệu suất bơm.
Khuếch đại quang sợi EDFA có thể thiết kế hướng bơm theo 3 cấu hình sau: a) Bơm đồng hướng: tín hiệu khuếch đại và chùm sáng bơm đồng hướng.
b) Bơm ngược hướng: tín hiệu khuếch đại và chùm sáng bơm ngược hướng. c) Bơm song công: chùm sáng bơm vào vùng khuếch đại bằng cả hai hướng.
Mỗi cấu hình bơm có tính ưu việt riêng của mình. Cấu hình bơm đồng hướng có
hệ số khuếch đại cao khi bộ khuếch đại làm việc ở trạng thái không bão hoà, cấu
hình bơm ngược hướng có tạp âm thấp tại trạng thái bão hoà và cấu hình bơm song công có độ ổn định cao dọc theo toàn bộ pha tạp do đó tăng ích cho các tín
hiệu nhỏ là đồng nhất.
7.2. Phổ tăng ích của EDFA
Các mức năng lượng của ion Er được mở rộng theo hiệu ứng Stank trong thuỷ
tinh SiO2, do đó chúng thành các vùng năng lượng hẹp với mở rộng đồng đều.
Công thức hoá học cho tăng ích g(ω) cần được lấy trung bình trong toàn bộ phân
bố các tần số chuyển dời ωo của nguyên tử, nghĩa là:
, 0 0 0
off
g g f d (5.30)
Trong đó f(ω0) là hàm phân bố phụ thuộc vào các chất đồng pha tạp trong lõi sợi. Độ rộng phổ tăng ích của EDFA có cấu trúc hai đỉnh và thông thường có độ
EDFA phụ thuộc vào độ dài của sợi khuếch đại vì tăng ích phụ thuộc vào tiết diện
hấp thụ và tiết diện phát xạ của các ion Er trong toàn sợi quang. Mật độ đảo cục bộ
(hoặc tăng ích cục bộ) thay đổi theo chiều dài sợi quang do công suất bơm thay đổi
dọc theo sợi quang, do vậy tăng ích tổng là tích phân của các thành phần tăng ích
trên toàn sợi. Khi bơm mạnh để bão hoà sợi, ta có thể điều khiển các hệ số tăng ích
và phổ tăng ích.
7.3. Đặc tính tăng ích quang
Hệ số tăng ích của EDFA phụ thuộc vào rất nhiều thông số của linh kiện như:
nồng độ ion Er+3, độ dài khuếch đại, bán kính lõi sợi và bán kính pha tạp, công
suất bơm.v.v.. Để hiểu sâu các đặc tính tăng ích của EDFA ta sử dụng mô hình 3 mức năng lượng rất phổ biến cho một số loại laser rắn pha tạp. Trong một số trường hợp, chúng ta có thể sử dụng mô hình 4 mức năng lượng bao gồm cả hấp
thụ trên mức kích thích (E.S.A). Tuy nhiên, trong trường hợp mức 3 của mô hình 3 mức gần như rỗng (không có ion kích thích) và không tính đến khuếch đại của
phát xạ ngẫu nhiên và hấp thụ trên mức kích thích, ta có thể sử dụng mô hình đơn
giản 2 mức năng lượng.
Giả sử N2 là mật độ ion kích thích tại mức 2, phương trình tốc độ được viết như
sau: 2 2 p 1 S 2 1 1 W W N N N N N t T (5.31)
trong đó: N1 Nt N2 là mật độ tại mức cơ bản, Nt là mật độ của nguyên tử,
T1 là thời gian sống ngẫu nhiên tại mức kích thích.
p