1 2.2 Suyhao do tán xạ
3.3. Bão hoà hệ số khuếch ựại
Hệ số khuếch ựại của một EDFA gần như không phụ thuộc vào công suất tắn hiệu với ựiều kiện công suất bơm ựủ lớn ựể tốc ựộ bơm lớn hơn nhiều so với tốc ựộ phát xạ kắch thắch.Trường hợp này gọi là hệ số khuếch ựại không bão hoà hay chế ựộ tắn hiệu nhỏ. điều này ựược hiểu là vùng khuếch ựại tắn hiệu nhỏ tương ứng với các mức công suất ựầu vào, nơi mà ựộ khuếch ựại tắn hiệu không làm giảm ựộ khuếch ựại của bộ khuếch ựại. để xác ựịnh vùng khuếch ựại tắn hiệu nhỏ người ta thường dựa vào nhiễu ựầu vào hiệu dụng Pn,ef của bộ khuếch ựại
Pe,ef≈2hv B0 ~ 30nW/nm ựối với λ =1550nm
Với hv là năng lượng photon và B0 là băng tần quang của bộ khuếch ựại. Nhiễu ựầu vào hiệu dụng ựược khuếch ựại lên từ bộ khuếch ựại và sẽ thu ựược công suất nhiễu ựầu ra của bộ khuếch ựại. Vì công suất tắn hiệu ựầu vào là lớn ựáng kể so với công suất nhiễu ựầu vào, cho nên nó có vai trò lớn trong việc xác ựịnh mức nghịch ựảo phắa trên N2 Khi công suất ựầu vào mà nhỏ so với Pn,ef ảnh hưởng của nó lên bộ khuếch ựại sẽ không ựáng kể, và bộ khuếch ựại sẽ hoạt ựộng trong vùng tắn hiệu nhỏ.
Với 1 cấu trúc sợi quang cho trước (có pha tạp), và 1 công suất bơm cho trước, tồn tại 1 chiều dài sợi quang tối ưu mà ở chiều dài ựó, hệ số khuếch ựại lớn nhất. đối với những chiều dài nhỏ hơn chiều dài tối ưu, công suất bơm không ựược tận dụng một cách tối ựa. Với chiều dài lớn hơn mức tối ưu, công suất bơm bị "hút" ở một số nơi dọc theo sợi quang, và tiếp tục bị suy giảm. Chiều dài tối ưu thường vào khoảng hàng chục mét. Hệ số khuếch ựại chế ựộ tắn hiệu nhỏ max của EDFA là 30 40ọ dB.
Các bộ khuếch ựại sẽ bị bão hoà hệ số khuếch ựại khi công suất tắn hiệu tăng. Trong trường hợp bão hoà, tắn hiệu nhận năng lượng từ bơm khi nó truyền xuống sợi quang lớn ựến mức tốc ựộ phát xạ kắch thắch có thể so sánh ựược với tốc ựộ bơm. Tắn hiệu ựầu vào càng lớn, hệ số không bão hoà càng cao, sự bão hoà càng xảy ra sớm. Khi sự bão hoà tăng, hệ số khuếch ựại giảm. Công suất ựầu ra bão hoà out
sat
nghĩa là công suất ựầu ra tại ựó hệ số khuếch ựại bị giảm ựi 3dB so với chế ựộ khuếch ựại tin hiệu nhỏ. out
sat
P thường bằng hàng trăm mW. Cần lưu ý rằng ASE cũng góp phần
vào sự bão hoà trong EDFA. Khi tắn hiệu vào rất nhỏ, thì chắnh ASE gây bão hoà trước tiên. Trường hợp này gọi là tự bão hoà hệ số khuếch ựại.
Do bão hoà là 1 hiệu ứng phi tuyến, nó gây ra khá nhiều phức tạp khi có nhiều tắn hiệu ựược khuếch ựại. Vấn ựề là hệ số khuếch ựại bão hoà ựối với bất kì tắn hiệu nào cũng phụ thuộc vào công suất kết hợp của các tắn hiệu khác cũng như công suất của chắnh nó. điều này gây ra Ộựánh cắp" công suất từ các tắn hiệu khác. Một hiệu rằng có lợi của bão hoà là một phần nhỏ của nó trong mỗi bộ khuếch ựại của một chuỗi liên tiếp các bộ khuếch ựại dẫn ựến sự tự ựiều chỉnh lại
Hình. 3.10. đặc tuyến vào ra của EDFA
Nhiều hiệu ứng phi tuyến khác là kết quả của hiện tượng ựánh cắp công suất này, nhưng trong khoảng thời gian ngắn hơn. Hệ số khuếch ựại của bộ khuếch ựại ở một thời ựiểm tức thời nào ựó là 1 hàm của mật ựộ trạng thái kắch thắch N2 (N2 bị làm suy giảm nhanh chóng bởi sự phát xạ kắch thắch khi có xuất hiện một tắn hiệu).
Sự thăng giáng hệ số khuếch ựại gây ảnh hưởng ựến mọi tắn hiệu ựược khuếch ựại, và do ựó có thể gây ra xuyên âm không mong muốn. Những hiệu ứng này chỉ có ý nghĩa khi hệ số khuếch ựại ựộng, tức là hệ số khuếch ựại có thể thay ựổi nhanh như sự thay ựổi của tắn hiệu. để giải thắch hệ số khuếch ựại ựộng trong EDFA ta dựa trên giả thuyết tốc ựộ thay ựổi của hệ số khuếch ựại tỷ lệ nghịch với thời gian sống ở trạng thái kắch thắch , xấp xỉ 10ms. Tuy nhiên, thực tế tắnh nhất thời của hệ số khuếch ựại trong
EDFA xảy ra trong khoảng thời gian hàng trăm sộ và không thể sự ựoán ựược nếu chỉ
dựa vào khoảng thời gian sống.
Trong trường hợp bất kỳ, các số này chỉ ra rằng sự thăng giáng tắn hiệu trong khoảng thời gian lớn hơn 100 sộ sẽ gây xuyên âm không ựáng kể trong EDFA. Nghĩa là tốc ựộ tối thiểu xấp xỉ 10 KHz ựể tránh xuyên nhiễu (hay 1 tắn hiệu WDM phải hoạt ựộng xấp xỉ 10 Kb/s thì tránh ựược hiệu ứng tần số phách). Sự mất xuyên nhiễu ở tốc ựộ lớn hơn 10 Kb/s là 1 trong những ưu ựiểm quan trọng của EDFA so với SOA.