Tạp âm của bộ khuếch đại quang sợi được đánh giá thông qua hình ảnh tạp âm
2
n SP
F n đã được phân tích ở trên. Yếu tố phát xạ ngẫu nhiên 2 2 1 SP N n N N và 1 0
N trong mô hình 3 mức năng lượng, vì vậy nsp luôn luôn lớn hơn 1 và hình
ảnh tạp âm Fn của EDFA luôn lớn hơn 3dB, Trong khuếch đại quang sợi, nsp có thể tính được bằng mô hình 3 mức năng lượng, tuy nhiên cần phải đưa vào các tham
số thay đổi của N1 và N2 theo sự tăng, giảm của độ dài bộ khuếch đại bởi vì N1 và N2 phụ thuộc vào công suất bơm và công suất tín hiệu. Từ đó suy ra yếu tố phát xạ
ngẫu nhiên nsp là hàm độ dài L và của công suất bơm Pp (giống như hệ số khuếch đại mà chúng ta đã bàn luận ở mục trước).
Khi sat
PP P
P >>1, hình ảnh tạp âm Fn là nhỏ nhất (gần với giá trị 3dB là ngưỡng lượng tử của tạp âm). Thực nghiệm đã thu được kết quả Fn=3,2dB của bộ khuếch đại quang EDFA có độ dài 30m hơm với công suất 11mW ở bước sóng 980nm.
Nhìn chung rất khó đạt được tăng ích cao, hiệu suất bơm lớn với hình ảnh tạp âm
nhỏ. Nguyên nhân của tạp âm trong EDFA là do khuếch đại phát xạ ngẫu nhiên
đồng thời với khuếch đại tín hiệu.
Khi bơm bằng bước sóng 1,48μm, hình ảnh tạp âm Fn thường lớn hơn so với bơm bằng bước sóng 0,48μm. Nguyên nhân của sự tăng Fn khi bơm bằng 1,48μm
là sự rất gần nhau của mức bơm và mức phát xạ (cùng nằm trên mức 13 2
4I ) do đó
ta không thể đạt được trạng thái đảo mật độ phân bố hoàn toàn (N1≈ 0). Thực
nghiệm cho thấy ta không thể thu được Fn<3,5dB khi bơm bằng bước sóng 1,48μm. Tạp âm trong bộ khuếch đại sẽ được tích luỹ dần khi ta sử dụng nhiều 100 L(m) 0 10 20 30 5 10 15 0 G(dB)=f(L) 70 60 50 40 80 90 100 -10 0 20 10 30 40 5 10 3 40 20 30 10 50 6070 80 90 5 3 1 ' 2 p P Fn = f(Pp/Psat)
Khi công suất tín hiệu ra Ps = 1mW
' 10
p P
tầng khuếch đại trong tuyến thông tin quang đường dài, vì thế chúng sẽ hạn chế độ
dài của tuyến đường trục.
7.5. Ứng dụng EDFA trong hệ thống đa bước sóng WDM
Đặc tính vượt trội của EDFA là chúng ta có khả năng khuếch đại nhiều bước
sóng trong dải phổ khá rộng (~30÷40nm). Trong khuếch đại EDFA, thời gian sống
của ion trên mức kích thích là T1 là đại lượng khá lớn (10ms) so với 0,5ms là thời
gian sống của hạt tải trong khuếch địa quang bãn dẫn, vì vậy độ xuyên kênh của các bước sóng trong EDFA rất nhỏ (~10KHz). Đặc tính này của EDFA rất thích
hợp với hệ thống thông tin quang đa bước sóng WDM.
Hiệu ứng xuyên kênh giữa các bước sóng còn phụ thuộc vào trạng thái hoạt động bão hoà của bộ khuếch đại Xuyên kênh bão hoà là hiêụ ứng bão hoà tăng ích
của các kênh không những phụ thuộc vào công suất của kênh đó (tự bão hoà) mà còn phụ thuộc vào đại lượng công suất của các kênh bên cạnh. Để tính hiệu ứng
xuyên kênh bão hoà, ta thường để bộ khuếch đại EDFA hoạt động ở chế độ không
bão hoà. Thực nghiệm đã chứng minh kết luận nêu trên.
Nguồn gốc thứ 3 của hiệu ứng xuyên kênh giữa các bước sóng liên quan tới sự không đồng nhất của phổ tăng ích của EDFA. Phổ phát xạ của Er+3 trong dải 1525÷1650nm không đồng đều, chúng có 2 đỉnh tại các bước sóng 1530 và 1570nm, vì vậy phổ tăng ích của EDFA không “thẳng” trong vùng phổ rộng. Kết
quả là các kênh bước sóng khác nhau sẽ có hệ số khuếch đại khác nhau. Ta có thể
khắc phục hiện tượng này bằng các bộ khuếch đại EDFA hai tầng sử dụng hiệu ứng tăng ích phụ thuộc công suất tín hiệu vào của từng kênh bước sóng.
§8. Ứng dụng EDFA trong hệ thống thông tin quang
* EDFA có thể ứng dụng làm tiền khuếch đại tín hiệu quang trước khi tín hiệu đó vào bộ thu tách quang-điện. Các bộ thu quang có tiền khuếch đại là EDFA đã
đạt đến độ nhạy đầu thu 37 dBm ÷39dBm tại tần số bit 10Gb/s (147 photon ÷
102 photon/bit).
* Khuếch đại quang EDFA được ứng dụng rộng rãi trong việc tăng cường công
(point-to-point). Thí nghiệm đã cho kết quả truyền tín hiệu với tốc độ bit 2,5Gb/s
trên khoảng cách 318km và với 5Gb/s trên khoảng cách 226km với EDFA tăng cường công suất phát đến 35mW (15,5dBm). Với khoảng cách đường truyền
quang lớn hơn 300km, ta cần phải sử dụng khuếch đại quang trong tuyến (in-line). Một số thí nghiệm cho thấy có thể truyền 2,5Gb/s không cần bộ lặp trên khoảng
cách lớn hơn 500km khi sử dụng 2 bộ khuếch đại quang sợi EDFA trong tuyến với laser bơm từ xa bằng công suất lớn (laser 1,48μm với công suất vài trăm mW).
* Khuếch đại quang EDFA được sử dụng trong các mạng thông tin quang cục
bộ kiểu phân bố đến người sử dụng, đặc biệt thích hợp với mạng cục bộ phân bố
truyền hình cáp quang. Bộ khuếch đại EDFA là một thành phần không thể thiếu
tron gcác mạng truyền thông cáp quang phân bố đến tận nhà trong tương lai.
* Khuếch đại quang EDFA còn được sử dụng để khuếch đại nhiều lần trong
tuyến cáp quang đường dài. Thí nghiệm đã cho kết quả tốt với tuyến cáp quang có
100 bộ khuếch đại EDFA với khoảng các lặp 100km và hệ số khuếch đại là 35dB (toàn tuyến 10.000km). Công suất phát của bộ phát là 1mW, S 8 W
out
P m , nSP 1,3
và G0expLA3 (với LA là độ dài khoảng cách lặp, trong thí dụ LA = 100km). Công suất tín hiệu và công suất khuếch đại phát xạ tự phát sẽ tương đương nhau sau khoảng cách lớn hơn 10.000km.
Hiện nay khuếch đại quang sợi EDFA đang được sử dụng rất rộng rãi trong mạng truyền thông cáp quang trên toàn thế giới. Xu hướng phát triển các loại
khuếch đại quang bằng tán xạ Raman cưỡng bức, tán xạ Brilouin cưỡng bức để mở
rộng phổ tăng ích từ 1200nm đến 1700nm đang được nghiên cứu phát triển rất
mạnh. Trong những năm 2000-2001, các kết quả nghiên cứu về khuếch đại quang
bằng tán xạ Raman cưỡng bức trong vùng phổ 1300÷1500 cho phép chúng ta thiết