1.5. cơ sở nền tảng của khuếch đại quang sợi pha erbium
1.5.1. Nguyên lý làm việc 322727
Thiết bị khuếch đại quang sợi hiện nay chủ yếu dùng sợi pha tạp Erbium, viết tắt là EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier). EDFA là một đoạn sợi quang ngắn có lõi đ-ợc pha tạp nguyên tố đất hiếm Erbium. Trong các sản phẩm th-ơng mại của một số hãng cung cấp thiết bị lớn trên thế giới nh- Nortel, Lucent và Fujitsu thì bộ khuếch đại quang đ-ợc tích hợp trên một card giúp cho quá trình thay thế, sửa chữa thuận tiện và linh hoạt. Nguyên lý khuếch đại đ-ợc thực hiện nhờ cơ chế bức xạ trong ba mức hoặc bốn mức đ-ợc mô tả nh- sau:
Các chất kích tạp và chất nhạy cảm đã đ-ợc dùng để pha tạp sợi dẫn quang với các mức độ tập trung khác nhau là các chất có chứa các ion đất hiếm. Cơ chế hoạt động của sợi quang pha tạp đất hiếm để trở thành bộ khuếch đại có thể minh
hoạ nh- ở hình 1.10. Khi một điện tử ở trạng thái cơ bản (E1) đ-ợc kích thích từ một
nguồn bức xạ có b-ớc sóng phù hợp, nó sẽ hấp thụ năng l-ợng và chuyển tơí một
mức cao hơn (E2). Từ mức này nó sẽ phân rã trực tiếp xuống trạng thái cơ bản theo
cách bức xạ, hoặc nếu nh- có một mức năng l-ợng thấp hơn (E3), nó sẽ thả không
bức xạ tới mức đó. Từ đây, điện tử có thể phân rã xuống mức E1 (hình 1.10a) hoặc
E4 (hình 1.10b) thông qua quá trình bức xạ tự phát, trong đó năng l-ợng d- ra thu
Formatted: Font: 13 pt
Formatted: Font: .VnArial Narrow
Hình 1.10: Cơ chế bức xạ trong ba mức (a) và trong bốn mức (b)
Hình 1.11 so sánh đáp ứng quang của Erbium với sợi dẫn quang thông th-ờng dùng trong truyền dẫn. Sự hấp thụ quang xảy ra trong các loại cáp thông th-ờng là thấp ở dải b-ớc sóng tập trung vào khoảng 1550nm nơi mà sự hấp thụ quang vào khoảng 0,2dB/km; có nghĩa là khoảng 5% l-ợng ánh sáng truyền qua bị hấp thụ trong 1km. Ng-ợc lại sự tập trung Erbium vào khoảng 100 phần triệu ở trong lõi có thể gây ra sự hấp thụ là khoảng 2dB/mét ở b-ớc sóng bơm.
Hình 1.11: Phổ hấp thụ của sợi quang thông th-ờng và sợi quang Erbium