1 2.2 Suyhao do tán xạ
3.2.1. Nguồn bơm quang
để kắch thắch các hạt mang lên mức năng lượng cao hơn ựể có phát xạ kắch thắch, cần phải có một nguồn bơm quang ngoài, hoạt ựộng ở tần số cao hơn tần số của tắn hiệu cần khuếch ựại. Hình (3.3) mô tả biểu ựộ năng lượng của Er3+. Mức ựất ựược kắ
hiệu là 4I15/2 mức gần ổn ựịnh (mức phát xạ kắch thắch) kắ hiệu là 4I13/2 sự Chênh lệch
năng lượng giữa hai mức này gây ra sự phát xạ tụ phát ở bước sóng 1530nm.
để bơm các hạt mang từ mức ựất lên mức gần ổn ựịnh, người ta sử dụng các nguồn bơm ở các bước sóng 1450nm, 980nm, 800nm. Nó kắch hoạt các ựiện tử lên các mức tương ứng là 4I13/2, 4I11/2, 4I9/2. Các ựiện tử ựược kắch hoạt ở 4I11/2 hay 4I9/2 sẽ nhanh chóng dịch chuyển xuống mức gần ổn ựịnh 4I13/2 vì thời gian sống của chúng ở các trạng thái này ngắn. Ở nguồn bơm 1450nm, do ảnh hưởng của hiệu ứng Stark làm cho cả 2 mức gần ổn ựịnh 4I13/2 và mức cơ bản 4I15/2 bao gồm một vài mức riêng biệt như hình vẽ (3.4).
Các hạt mang ựược kắch thắch từ dải thấp hơn của mức cơ bản lên dải cao hơn của mức gần ổn ựịnh. Theo luật cân bằng nhiệt hay luật phân bố Boltzmann, các hạt mang sẽ nhanh chóng dịch chuyển xuống dải thấp hơn của 4I13/2
Hình 3.4. Bơm 1540nm, do ảnh hưởng Stark nên xảy ra sự tách biệt trong mức
cơ bản và mức gần ổn ựịnh ra nhiều mức nhỏ riêng biệt
Hiệu suất bơm ựược xác ựịnh nhờ phổ hấp thụ của các con Er3+ Nhận xét phổ hấp thụ của Er3+ ta thấy bước sóng hấp thụ tỷ lệ thuận với ựộ chênh lệch giữa các mức năng lượng so với mức ựất như chỉ ra trên hình 3 .4.
Mặc dù bơm ngoài ở bước sóng nhỏ hơn 700nm thì có hệ số hấp thụ cao hơn, nhưng việc tìm ựược nguồn bán dẫn tốt rất khó khăn nên hạn chế chỉ bơm ở 800nm, 980nm, 1470nm. Như hình 3.3, do sự hấp thụ trạng thái kắch thắch (ESA) từ mức 4I13/2 ựến mức 2H11/2, nên bơm ở bước sóng 800 cũng không tốt.
Như vậy, nguồn bơm 980nm và 1470nm là hay ựược dùng nhất trong thực tế. Nhìn chung, các nguồn bán dẫn 1470nm ựược dùng nhiều hơn trong các hệ thống EDFA. Mặt khác, nguồn bơm 980nm có hiệu suất bơm cao hơn (~10dB/nm) so với nguồn bơm 1470nm (~6dB/nm). Hơn nữa nguồn bơm 980nm có tạp âm bơm thấp hơn. Do ựó ựến nay, các laser tiên tiến ở 980nm ngày càng ựược ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin quang. Việc dùng các giọt laser làm nguồn bơm cho EDFA cô thể bức xạ hàng trăm mW mà chỉ cần ựiện áp tiếp xúc nhỏ và bởi vậy làm giảm nguồn nuôi yêu cầu.
Nguồn bơm và tắn hiệu ựược ghép với nhau bằng bộ ghép bước sóng (WDM). Thiết bị ghép ở ựây dùng các thấu kắnh ựể ghép ánh sáng vào và ánh sáng ra của sợi. Nó bao gồm các gương và bộ lọc tắch hợp. Trong các bộ ghép bước sóng này, năng lượng bơm và tắn hiệu tổn hao khoảng < 0.5 dự.
Bảng 3.1. so sánh các công nghệ ghép bước sóng
Tham số Hàn sợi điện môi Cách tử
Suy hao xen, dB <0.2 <0.1 <3.0
độ nhạy phân cực, dB <0.2 Không Không
Giá thành Thấp Trung bình Trung bình
độ ổn ựịnh nhiệt, mm/0C 0.005 0.05 0.007
Chế tạo đơn giản Công nghệ cao Công nghệ cao
Kắch thước, nm 10*10*80 8*8*60 10*10*80
Sự hồi tiếp từ hiện tượng phản xạ ở 2 mặt của bộ khuếch ựại có hệ số khuếch ựại cao có thể sinh ra dao ựộng và làm giảm khả năng chống nhiễu của hệ thống. Nếu ựặt vào ựường truyền này một bộ cách li quang (Isolator) thì có thể triệt tiêu ựược sự phản xạ này. Các bộ cách li quang thường làm giảm ánh sáng phản xạ ựi khoảng 35 dB trong khi ựó chỉ tổn hao cho tắn hiệu truyền qua là 1 dB.
* Nguồn bơm quang dọc cho các EDFA:
Khác với các nguồn bơm cho các bộ khuếch ựại quang bán dẫn, nguồn bơm quang cho các EDFA cùng hướng với các tắn hiệu ánh sáng bên trong.
Hình 3.5. Hai loại bơm (a)bơm dọc (b) bơm ngang
Như minh hoạ trên hình 3.5 khi hướng bơm vuông góc với hướng truyền lan, như trong bộ khuếch ựại bán dẫn, nó ựược gọi là bơm ngang. Khi hướng bơm song song với hướng ánh sáng tới thì gọi là bơm dọc. Khi ựó tốc ựộ bơm là lớn nhất tại ựầu
vào của bộ khuếch ựại. Nhưng khi công suất bơm ựược truyền từ nguồn bơm vào tắn hiệu, tốc ựộ bơm giảm dần dọc theo hướng truyền ánh sáng.
Thực hiện bơm có thể phân loại theo các phương thức khác nhau là: Bơm cùng chiều (ựưa tắn hiệu quang và bơm quang vào sợi quang trộn Erbium trên cùng một chiều, còn gọi là bơm phắa trước), bơm ngược chiều (tắn hiệu quang và bơm quang ựưa vào sợi quang trộn Erbium từ hai hướng khác nhau), bơm 2 chiều(ựồng thời bơm cùng chiều và ngược chiều). Hình (3.6) mô tả tắnh năng của 3 phương thức bơm:
Hình 3.6. Tắnh năng của 3 phương thức bơm
Ta thấy rằng ựộ dốc tương ứng của cùng chiều, ngược chiều và hai chiều là 61%, 76% và 77% do vậy trong ựiều kiện bơm như nhau thì bơm cùng chiều có công suất ra thấp nhất.