a. Bước súng bơm
Với cỏc vựng năng lượng được nờu trong phần (3.6.3 a), ỏnh sỏng bơm cú thể được sử dụng tại cỏc bước súng khỏc nhau 650 nm (4F9/2), 800 nm (4I9/2 ), 980 nm (4I11/2), 1480 nm (4I13/2). Tuy nhiờn, khi bước súng bơm càng ngắn thỡ cỏc ion Er3+ phải trải qua nhiều giai đoạn chuyển đổi năng lượng trước khi trở về vựng nền và phỏt xạ ra photon ỏnh sỏng. Do đú, hiệu suất bơm khụng cao, năng lượng bơm sẽ bị hao phớ qua việc tạo ra cỏc phonon thay vỡ photon. Vỡ vậy, trờn thực tế, ỏnh sỏng bơm sử dụng cho EDFA chỉ được sử dụng tại hai bước súng 980nm và 1480nm. Trong EDFA, điều kiện để cú khuếch đại tớn hiệu là đạt được sự nghịch đảo nồng độ bằng cỏch sử dụng nguồn bơm để bơm cỏc ion erbium lờn trạng thỏi kớch thớch. Cú hai cỏch thực hiện quỏ trỡnh này: bơm trực tiếp tại bước súng 1480 nm hoặc bơm giỏn tiếp ở bước súng 980 nm.
Phương phỏp bơm giỏn tiếp (bơm ở 980 nm): Trong trường hợp này, ion erbium liờn tục được chuyển tiếp từ vựng năng lượng 4I15/2 thấp lờn vựng năng lượng cao 4I11/2, sau đú cỏc ion sẽ phõn ró xuống vựng 4I13/2 nhưng khụng phỏt xạ. Từ vựng này, khi cú ỏnh sỏng kớch thớch thỡ cỏc ion sẽ phỏt xạ bước súng mong muốn (từ 1550 đến 1600 nm) khi chuyển từ vựng năng lượng 4I13/2 xuống vựng 4I15/2. Đõy chớnh là hệ thống ba mức. Thời gian sống của ion erbium ở mức 4I11/2 khoảng 1μs trong khi ở 4I13/2 thỡ tới 10ms. Với thời gian sống dài, vựng 4I15/2 được gọi là vựng ổn định. Vỡ vậy, cỏc ion được bơm lờn mức cao, sau đú nhanh chúng rơi xuống vựng 4I13/2 và tồn tại ở đú trong một khoảng thời gian tương đối dài tạo nờn sự nghịch đảo về nồng độ.Với phương phỏp bơm trực tiếp (1480 nm): cỏc ion erbium chỉ hoạt động trong hai vựng năng lượng 4I13/2 và 4I15/2. Đõy là hệ thống 2 mức. Cỏc ion erbium liờn tục được chuyển từ vựng năng lượng nền 4I15/2 lờn vựng năng lượng kớch thớch 4I13/2 nhờ năng lượng bơm. Vỡ thời gian tồn tại ở mức này dài nờn chỳng tớch lũy tại đõy tạo ra sự nghịch đảo nồng độ. Nguồn bơm cú hiệu quả cao ở cả hai bước súng 980 và 1480 nm. Để cú hệ số khuếch đại hơn 20 dB thỡ chỉ cần tạo ra nguồn bơm
cú cụng suất nhỏ hơn 5 mW, nhưng vẫn cần phải cú nguồn bơm từ 10 đến 100 mW để đảm bảo cho cụng suất ra đủ lớn. Chỉ số nhiễu lượng tử giới hạn là 3 dB đạt được ở bước súng 980 nm. Đối với bước súng 1480 nm thỡ chỉ số nhiễu là vào khoảng 4 dB vỡ tiết diện ngang phỏt xạ tại1480 nm cao hơn tại 980 nm và sự bức xạ kớch thớch do nguồn bơm đó giới hạn sự nghịch đảo tớch luỹ tại 1480nm. Do đú, bước súng bơm 980 nm được ứng dụng cho cỏc bộ khuếch đại tạp õm thấp. Hệ số độ lợi tại bước súng bơm 980 nm cao hơn tại 1480 nm tại cựng cụng suất bơm. Do đú, để đạt được cựng một hệ số độ lợi thỡ cụng suất bơm tại 1480 nm phải cao hơn tại 980 nm. Vỡ ụng suất bơm ở 1480 nm lớn hơn nờn cụng suất ngừ ra lớn hơn, do đú bơm ở bước súng 1480nm được ứng dụng cho cỏc bộ khuếch đại cụng suất. Ngoài ra, bước súng bơm 1480 nm được truyền trong sợi quang với suy hao thấp. Do đú, nguồn bơm laser cú thể đặt xa bộ khuếch đại. Hiện nay, bơm bước súng 1480 nm được sử dụng rộng rói hơn vỡ chỳng sẵn cú hơn và độ tin cậy cao hơn. Độ tin cậy là đặc điểm quan trọng đối với laser bơm vỡ nú dựng để bơm cho khoảng cỏch dài và để trỏnh làm nhiễu tớn hiệu. Cỏc thiết bị khuếch đại cụng suất đũi hỏi cụng suất bơm cao nhất và độ ổn định của chỳng là mấu chốt trong quỏ trỡnh nghiờn cứu phỏt triển chỳng. Nếu tăng được độ ổn định của laser cú bước súng 980 nm thỡ cú thể chỳng sẽ được chọn làm nguồn bơm. Một số EDFA được bơm tại cả hai bước súng để tận dụng ưu điểm của cả hai bước súng.
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 số khuếch 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. Ngoài ra, khi cụng suất bơm tăng lờn thỡ hệ số nhiễu sẽ giảm. Điều này sẽ được trỡnh bày trong phần tớnh hệ số nhiễu của EDFA. c. Hướng bơm
Bộ khuếch đại EDFA cú thể được bơm theo ba cỏch:
Bơm thuận (codirectional pumping): nguồn bơm được bơm cựng chiều với hướng truyền tớn hiệu.
Bơm ngược (counterdirectional pumping): nguồn bơm được bơm ngược chiều với hướng truyền tớn hiệu.
Bơm hai chiều (dual pumping): sử dụng hai nguồn bơm và được theo hai chiều ngược nhau
Hướng bơm thuận cú ưu điểm nhiễu thấp vỡ nhiễu khỏ nhạy cảm với độ lợi mà độ lợi tớn hiệu cao nhất khi cụng suất tớn hiệu vào thấp nhất. Trong khi đú, hướng bơm ngược cung cấp cụng suất ra bóo hoà cao nhưng cú hệ số nhiễu cao hơn bơm thuận. Do vậy, người ta đề nghị sử dụng cả hai laser bơm cú bước súng bơm khỏc nhau. Việc bơm tại bước súng 1480 nm thường được sử dụng theo chiều ngược với hướng truyền tớn hiệu và bơm tại 980 nm theo hướng thuận để sử dụng tốt nhất ưu điểm của mỗi loại bơm. Bơm tại 1480 nm cú hiệu suất lượng tử cao hơn nhưng cú hệ số nhiễu cao hơn, trong khi bơm tại bước súng 980 nm cú thể cung cấp một hệ số nhiễu gần mức giới hạn lượng tử. Hệ số nhiễu thấp phự hợp cho cỏc ứng dụng tiền khuếch đại.
Một EDFA được bơm bằng một nguồn bơm cú thể cung cấp cụng suất đầu ra cực đại khoảng +16 dBm trong vựng bóo hoà hoặc hệ số nhiễu từ 5-6 dB trong vựng tớn hiệu nhỏ. Cả hai bước súng bơm được sử dụng đồng thời cú thể cung cấp cụng suất đầu ra cao hơn; một EDFA được bơm kộp cú thể cung cấp cụng suất ra tới +26 dBm trong vựng cụng suất bơm cao nhất cú thể đạt được. Hỡnh 3.7 thể hiện một EDFA được bơm kộp.
Giỏ trị cỏc đặc tớnh của bộ khuếch đại EDFA được trỡnh bày trong bảng trờn