Phổ độ lợi của EDFA được trỡnh bày trong hỡnh 3.5 là tớnh chất quan trọng nhất của EDFA khi xỏc định cỏc kờnh tớn hiệu được khuếch đại trong hệ thống WDM. Hỡnh dạng của phổ khuếch đại phụ thuộc vào bản chất của sợi quang, loại tạp chất (Ge, Al) và nồng độ tạp chất được pha trong lừi của sợi quang.
Hỡnh 3.5 cho thấy phổ độ lợi của EDFA cú lừi pha Ge khỏ rộng. Tuy nhiờn, phổ độ lợi này khụng bằng phẳng. Điều này sẽ dẫn đến việc hệ số khuếch đại khỏc nhau đối với cỏc bước súng khỏc nhau. Nếu độ lợi của cỏc kờnh tớn hiệu khụng đồng nhất, nhất là sau khi qua nhiều tầng EDFA, sai số độ lợi này sẽ tớch luỹ tuyến tớnh đến mức khi tới đầu thu kờnh bước súng cú độ lợi cao làm cho đầu vào mỏy thu quỏ tải. Ngược lại, kờnh tớn hiệu cú độ lợi nhỏ thỡ tỉ số SNR khụng đạt yờu cầu. Sự làm phẳng độ lợi là cần thiết để loại bỏ sự khuếch đại mộo cỏc tớn hiệu qua cỏc EDFA đường truyền ghộp tầng.
Một số biện phỏp được sử dụng để khắc phục sự khụng bằng phẳng của phổ độ lợi: Chọn lựa cỏc bước súng cú độ lợi gần bằng nhau. WDM làm việc ở dải súng băng C (1530 – 1565 nm). Trong dải bước súng này chọn 40 bước súng làm bước súng cụng tỏc của WDM. Cỏc bước súng này cú độ lợi gần bằng nhau.
Cụng nghệ cõn bằng độ lợi: dựng bộ cõn bằng (equalizer) hấp thụ bớt cụng suất ở bước súng cú độ lợi lớn và bộ khuếch đại để tăng cụng suất của bước súng cú độ lợi nhỏ.
Thay đổi thành phần trộn trong sợi quang: dựng sợi quang trộn thờm nhụm, photpho nhụm hay flo cựng với erbium sẽ tạo nờn bộ khuếch đại cú băng tần được mở rộng và phổ khuếch đại bằng phẳng hơn.
Ngoài ra, phổ độ lợi của EDFA cũn phụ thuộc vào chiều dài của sợi EDF. Lý do là vỡ trạng thỏi nghịch đảo nồng độ thay đổi dọc theo chiều dài của sợi quang khi cụng suất bơm thay đổi. Bộ khuếch đại EDFA hoạt động ở băng C (1530-1565 nm). Tuy nhiờn, độ lợi của sợi pha tạp cú đuụi trải rộng đến khoảng 1605 nm. Điều này kớch thớch sự phỏt triển của cỏc hệ thống hoạt động ở băng L từ 1565 đến 1625 nm. Nguyờn lý hoạt động của EDFA băng L giống như EDFA băng C. Tuy nhiờn, cú sự khỏc nhau trong việc thiết kế EDFA cho băng C và băng L. Cỏc phần tử bờn trong bộ khuếch đại quang như bộ cỏch ly (isolator) và bộ ghộp (coupler) phụ thuộc vào bước súng nờn chỳng sẽ khỏc nhau trong băng C và băng L. Sự so sỏnh cỏc tớnh chất của EDFA trong băng C và băng L được thể hiện trong bảng
Hỡnh 3.8. trỡnh bày cấu trỳc của một bộ khuếch đại băng L làm bằng phẳng độ lợi
Trong khoảng bước súng 1570nm – 1610nm với thiết kế hai tầng [3]. Tầng đầu tiờn được bơm ở bước súng 980nm và hoạt động như một bộ EDFA truyền thống (sợi quang dài 20-30nm) cú khả năng cung cấp độ lợi trong khoảng bước súng 1530-1570 nm.
Ngược lại, tầng thứ hai cú sợi quang dài 200m và được bơm hai chiều sử dụng laser 1480nm. Một bộ isolator được đặt giữa hai tầng này cho phộp nhiễu ASE truyền từ tầng thứ 1 sang tầng thứ 2 nhưng ngăn ASE truyền ngược về tầng thứ nhất. Với cấu trỳc nối tiếp như vậy, khuếch đại hai tầng cú thể cung cấp độ lợi
phẳng trờn một vựng băng thụng rộng trong khi vẫn duy trỡ mức nhiễu thấp.
3.7.6. Cỏc tớnh chất của EDFA
a.Độ lợi
Độ lợi của một bộ EDFA cú thể được tớnh theo phương trỡnh sau: Trong đú:
- N2(z), N1(z): mật độ ion erbium ở trạng thỏi kớch thớch và ở trạng thỏi nền tại vị trớ z trong đoạn sợi quang pha erbium.
- L: chiều dài sợi pha erbium.
- : tiết diện ngang hấp thụ và phỏt xạ của ion erbium tại bước súng tớn hiệu. -Phương trỡnh (2.11) cho thấy độ lợi liờn quan đến sự nghịch đảo nồng độ trung bỡnh. Gọi , lần lượt là nồng độ ion Erbium ở mức năng lượng nền và mức năng lượng kớch thớch trung bỡnh. Khi đú , sẽ được tớnh theo cụng thức sau:
Phương trỡnh (3.15) cú thể được viết lại một cỏch đơn giản hơn như sau:
Từ phương trỡnh trờn ta thấy độ lợi tớn hiệu sau khi đi qua sợi quang chỉ phụ thuộc vào sự nghịch đảo nồng độ cỏc ion erbium trung bỡnh trong sợi quang mà khụng phụ thuộc vào chi tiết về dạng nghịch đảo như một hàm đối với vị trớ dọc theo chiều dài sợi quang. Trong phương trỡnh (3.16), (3.17) cú hai tham số N1(z) và N2(z) là hàm theo vị trớ z dọc theo sợi quang được cho bởi:
trong đú:
• τ : thời gian sống của ion erbium ở trạng thỏi kớch thớch 4I13/2. • Ps(z): cụng suất của tớn hiệu tại vị trớ z trong sợi quang.
• Pp(z): cụng suất bơm tại vị trớ z trong sợi quang. • Γs : hệ số chồng lắp tại bước súng tớn hiệu. • Γp : hệ số chồng lắp tại bước súng bơm. • A : diện tớch tiết diện ngang hiệu dụng. • fs : tần số tớn hiệu. (3.16) (3.17) (3.18) 3.19 3.20
• fp : tần số bơm.
• N : mật độ ion erbium tổng cộng.
• , : là tiết diện ngang hấp thụ và phỏt xạ tại bước súng tớn hiệu • , : là tiết diện ngang hấp thụ và phỏt xạ tại bước súng bơm. • h : hằng số Planck; h = 6,625.10-34 J.s.
Từ cụng thức (3.19) ta thấy hệ số khuếch đại của EDFA phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau: Phụ thuộc vào nồng độ ion Er3+ : Khi nồng độ Er3+trong sợi quang của bộ EDFA tăng thỡ khả năng chỳng được chuyển lờn mức năng lượng cao hơn càng nhiều, do đú hệ số khuếch đại tăng. Nhưng nếu nồng độ Er3+ tăng quỏ cao sẽ gõy tớch tụ dẫn đến hiện tượng tiờu hao quang làm cho hệ số khuếch đại giảm.
Phụ thuộc vào cụng suất tớn hiệu đến và cụng suất bơm quang: Khi cụng suất vào tăng, bức xạ bị kớch tăng nhanh, nghĩa là ion Er3+ ở mức năng lượng cao trở về mức năng lượng cơ bản càng nhiều làm giảm nồng độ số ion Er3+ ở mức năng lượng cao, làm yếu đi khả năng bức xạ của ion Er3+khi tớn hiệu quang được đưa tới, do đú hệ số khuếch đại. giảm. Sẽ cú một mức giới hạn mà cụng suất tớn hiệu vào tăng nhưng cụng suất ra khụng tăng nữa gọi là cụng suất bóo hoà.
Phụ thuộc vào chiều dài sợi: Khi chiều dài sợi ngắn thỡ tớn hiệu khụng được khuếch đạnhiều do đú độ lợi tớn hiệu nhỏ. Ngược lại, khi chiều dài tăng lờn thỡ tớn hiệu
đượckhuếch đại nhiều hơn, do đú độ lợi lớn hơn. Tuy nhiờn, khi chiều dài quỏ dài so vớcụng suất bơm thỡ độ lợi tớn hiệu sẽ bị giảm do chiều dài quỏ lớn mà cụng suất bơm lạkhụng đỏp ứng hết chiều dài sợi thỡ tớn hiệu sẽ bị suy hao dần và do đú làm giảm độ lợi. Phụ thuộc vào cụng suất bơm: Cụng suất bơm càng lớn thỡ sẽ cú nhiều ion erbium bị kớch thớch để trao đổi năng lượng với tớn hiệu cần khuếch đại và sẽ làm cho hệ
sốkhuếch đại tăng lờn. Tuy nhiờn, hệ số khuếch đại khụng thể tăng mói theo cụng suất bơm vỡ số lượng cỏc ion erbium được cấy vào sợi là cú giới hạn.
Do vậy, tựy theo ứng dụng của EDFA, cỏc yếu tố trờn sẽ được hiệu chỉnh sau cho độ lợi của EDFA đạt giỏ trị yờu cầu với hiệu suất cao nhất. Thụng thường, độ lợi của EDFA
vào khoảng 20 - 40 dB tuỳ theo ứng dụng của EDFA là bộ khuếch đại cụng suất, khuếch đại đường truyền hay tiền khuếch đại. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b. Cụng suất ra bóo hoà
Sự bóo hoà xảy ra khi cụng suất tớn hiệu vào EDFA lớn gõy ra sự giảm hệ số khuếch đại. Vỡ vậy, nú giới hạn cụng suất ra của bộ khuếch đại. Sự bóo hoà hệ số khuếch đại này xuất hiện khi cụng suất tớn hiệu tăng cao và gõy ra sự phỏt xạ kớch thớch ở một tỷ lệ cao và do đú làm giảm sự nghịch đảo nồng độ. Điều đú cú nghĩa là số cỏc ion erbium ở trạng thỏi kớch thớch giảm một cỏch đỏng kể. Hệ quả là, cụng suất tớn hiệu ở ngừ ra bị hạn chế bởi sự bóo hoà cụng suất.
Cụng suất ra bóo hoà khụng phải là một hằng số mà tăng lờn tuyến tớnh với cụng suất bơm. Cụng suất bóo hoà cú thể được xỏc định bằng cụng suất tớn hiệu ngừ ra mà tại đú độ lợi bằng độ lợi tớn hiệu nhỏ trừ 3 dB. Như vậy bằng cỏch xỏc định độ lợi tớn hiệu nhỏ ta cú thể suy ra điểm bóo hoà và từ đú xỏc định cụng suất bóo hoà.
3.7.7. Ưu khuyết điểm của EDFA a. Ưu điểm a. Ưu điểm
Nguồn laser bơm bỏn dẫn cú độ tin cậy cao, gọn và cụng suất cao. Cấu hỡnh đơn giản: hạ giỏ thành của hệ thống.
Cấu trỳc nhỏ gọn: cú thể lắp đặt nhiều EDFA trong cựng một trạm, dễ vận chuyển thay thế.
Cụng suất nguồn nuụi nhỏ: thuận lợi khi ỏp dụng cho cỏc tuyến thụng tin quang biển. Khụng cú nhiễu xuyờn kờnh khi khuếch đại cỏc tớn hiệu WDM như bộ khuếch đbỏn dẫn. Hầu như khụng phụ thuộc vào phõn cực của tớn hiệu.
b. Khuyết điểm
Phổ độ lợi của EDFA khụng bằng phẳng.
Băng tần hiờn nay bị giới hạn trong băng C và băng L.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian tỡm hiểu và nghiờn cứu đề tài, em thấy mạng thụng tin quang là một mạng cú những ưu điểm vượt trội so với cỏc mạng sử dụng cỏc dõy dẫn băng kim loại trước đõy. Cụng nghệ thụng tin quang cú băng thụng lớn với dải thụng từ 1011
đến 1015
Hz nờn nú cú khả năng truyền dẫn được nhiều nguồn tớn hiệu cú tốc độ cao cú dải tần rộng, sợi quang cú độ suy hao nhỏ vỡ vậy cú thể truyền được tớn hiệu đi xa giảm số trạm lặp. Sợi quang được chế tạo từ cỏc chất điện mụi nờn khụng chịu ảnh hưởng của súng điện từ và súng vụ tuyến nờn chất lượng của tớn hiệu cao, và nú cũn cho phộp đường dõy dẫn quang đi cựng đường dõy điện cụng nghiệp nờn cú thể giảm được chi phớ lắp đặt, cỏc vật liệu sản xuất sợi quang rẻ tiền.
Để đỏp ứng được những nhu cầu về thụng tin và băng thụng dồi dào của nguồn quang thỡ cú nhiều phương phỏp ghộp kờnh đó được nghiờn cứu và đưa vào sử dụng, song cụng nghệ ghộp kờnh theo bươc súng đang là một cụng nghệ mới đó và đang được sử dụng để ghộp kờnh quang. Cỏc bước súng được ghộp lại ở hướng phỏt nhờ cỏc bộ ghộp kờnh (MUX) sau đú được truyền trờn đường truyền dẫn quang. tại cỏc đầu thu thỡ tớn hiệu lại được tỏch nhờ cỏc bộ tỏch kờnh (DEMUX) với cụng nghệ WDM thỡ băng thụng đó được sử dụng cú hiệu quả hơn cỏc cụng nghệ trước đú. Trong qua trỡnh truyền dẫn tớn hiệu bị suy hao trờn đường truyền, nờn phải sử dụng cỏc trạm lặp, tại đõy thỡ tớn hiệu được tỏi tạo và khuếch đại để truyền đi khoảng cỏch xa hơn.
Mạng thụng tin quang cú nhiều ưu điểm vượt trội so với cỏc mạng sử dụng đường dõy dẫn bằng kim loại nờn trong tương lại mạng quang sẽ được sử dụng rộng rói trờn tất cả cỏc tỉnh thành trong cả nước nhằm đỏp ứng nhu cầu về thụng tin cho mọi người dõn và toàn thể xó hội. Là một sinh viờn sắp ra trường em hi vọng được sử chỉ bảo và giỳp đỡ của cỏc thầy cụ giỏo để em cú thờm những kiến thức, cũng như hiểu biết mới để sau này cú thể trở thành một người cú ớch cho xó hội.
Qua đõy em xin chõn thành cảm ơn thầy giỏo Nguyễn Anh Quỳnh đó nhiệt tỡnh hướng dẫn và giỳp em hoàn thành đồ ỏn này. Đồng thời em cũng xin chõn thành cảm ơn
cỏc thầy cụ giỏo trong trường cũng như trong khoa đó nhiệt tỡnh giảng dạy cho em trong những năm em học tại trường.
SV: Nguyễn Hữu Việt
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. VŨ VĂN SAN
Kỹ thuật thụng tin quang
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 1997 2. DƯƠNG ĐỨC TUỆ
Hệ thống ghộp kờnh theo bước súng Nhà suất bản bưu điện – 2001
3. CAO PHÁN
Ghộp kờnh quang và khuếch đại quang
Học viện cụng nghệ bưu chớnh viễn thụng –1998 4. CAO PHÁN
Cơ sở kỹ thuật thụng tin quang
Học viện cụng nghệ bưu chớnh viễn thụng – 2000 5. TRẦN THUỶ BèNH, PHẠM HỒNG NHUNG
Nghiờn cứu cỏc loại sợi dẫn quang mới và khả năng sử dụng vào cỏc hệ thống truyền dẫn trờn mạng viễn thụng Việt Nam (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Viện KHKT Bưu điện – 1999 6. NGUYỄN MINH DÂN
Mạng cỏp quang nội hạt và thuờ bao quang - Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp ngành – Hà Nội – 1995.