Tán xạ kích thích Raman (SRS) là một hiệu ứng phi tuyến xảy ra trong các bộ khuếch đại Raman và các laser điều h−ởng Raman. Hiệu ứng này sẽ hạn chế đáng kể hiệu suất của các hệ thống quang đa kênh do truyền năng l−ợng từ một kênh sang kênh lân cận có tần số thấp hơn. Nếu chỉ một phần nhỏ công suất chuyển từ kênh này sang kênh khác thì gọi là hiệu ứng Raman.
Có thể mô tả hiệu ứng Raman là sự tán xạ của một photon ánh sáng với một phân tử làm giảm tần số của photon và phân tử đó sẽ chuyển lên một trạng thái năng l−ợng không bền vững cao hơn, ánh sáng tới sẽ đóng vai trò là một bơm để tạo ra bức xạ dịch tần gọi là sóng Stoke. Trong tr−ờng hợp sóng bơm c−ờng độ lớn sẽ xuất hiện SRS và sóng Stoke sẽ gia tăng rất nhanh do hầu hết năng l−ợng đ−ợc chuyển cho nó.
Công suất ng−ỡng của SRS lớn hơn đáng kể so với công suất ng−ỡng của SBS. Ng−ỡng Raman là công suất đầu vào mà tại đó công suất sóng Stoke bằng với công suất bơm ở đầu ra sợi quang. Công suất ng−ỡng của SRS đ−ợc tính theo công thức sau:
16 eff B CR eff L g P A ≈
+ gR: hệ số khuếch đại Raman + Leff: chiều dài hiệu dụng + Aeff: độ rộng vùng hiệu dụng
+ PCR: công suất bơm cần để đạt đ−ợc ng−ỡng Raman.
Công thức trên áp dụng cho SRS h−ớng tiến. SRS h−ớng ng−ợc cũng t−ơng tự nh−ng thay hệ số 16 bằng 20.
Khi chiều dài sợi quang lớn có thể thay Leff = 1/α. Trong vùng phổ gần 1,55àm thì gR ≈ 1x10-13m/W, PCR khoảng 500mW. Nhìn chung trong hệ thống đơn kênh thì có thể bỏ qua SRS vì giới hạn công suất vào là d−ới 10mW.
Trong hệ thống WDM thì không thể bỏ qua hiện t−ợng này do truyền đồng thời nhiều kênh. Các kênh b−ớc sóng truyền trong cùng một sợi quang sẽ t−ơng tác với nhau nh− các kênh b−ớc sóng dài sẽ nhận năng l−ợng từ các kênh b−ớc sóng ngắn nếu sự chênh lệch b−ớc sóng nằm trong băng thông khuếch đại Raman. Kênh có b−ớc sóng ngắn nhất sẽ bị suy yếu mạnh nhất có thể đồng thời bơm cho tất cả các kênh khác. Sự chuyển giao năng l−ợng này chỉ xảy ra khi cả 2 kênh đồng thời truyền bit 1. Sự khuếch đại phụ thuộc vào tín hiệu này dẫn đến sự thăng giáng công suất, thêm nhiễu và giảm hiệu suất máy thu.
Có thể tránh nhiễu xuyên kênh Raman nếu công suất các kênh đủ nhỏ để bỏ qua khuếch đại Raman trên sợi quang. Do đó điều quan trọng là cần −ớc l−ợng đ−ợc công suất kênh giới hạn. Mô hình đơn giản nhất để xét kênh tần số cao nhất trong tr−ờng hợp xấu nhất là tất cả các kênh đều truyền bit 1. Hệ số khuếch đại của kênh thứ m là:
(Gm = exp(gm.Leff)
= ω1 - ωm, ω1 là tần số của kênh b−ớc sóng ngắn nhất. Do gm.Leff <<1 nên tổng suy hao của hệ thống M kênh WDM đ−ợc tính theo công thức sau:
2 ( ) / M R B m ch eff eff m D g P L A = =∑ Ω
Công suất suy hao của kênh b−ớc sóng ngắn nhất là:
1
( 1) 2
R R ch eff
D = M M − C P L
Trong đó CR = SR∆νch/ (2.Aeff); SR = dgR/dν, theo phổ khuếch đại Raman thì có thể coi gR tăng tuyến tính với tần số lên đến 15%THz. Trong công thức này giả sử khoảng cách kênh ∆νch là không đổi và hệ số khuếch đại Raman cho mỗi kênh giảm 2 lần do xáo trộn phân cực.
Công suất bù
Công suất bù cho Raman đ−ợc tính theo công thức sau:
δR = - 10log (1 - DR)
Do đó công suất đầu vào phải tăng theo hệ số (1-DR)-1 để duy trì cùng hiệu suất hệ thống. Hình 4.6 minh hoạ công suất bù sẽ tăng khi tăng công suất kênh và tăng số kênh truyền. Giả sử khoảng cách kênh là 100GHz. Độ dốc của khuếch đại Raman đ−ợc −ớc tính từ phổ khuếch đại là SR = 4,9.10-18mW/GHz, Aeff = 50àm2 và Leff ≈ 1/α = 21.74km.
Hình 4.6. Hàm công suất bù Raman theo số kênh với một số giá trị công suất kênh Pch. Khoảng cách kênh là 100GHz và các kênh có cùng công suất.
cho công suất bù Raman nhỏ. Nếu công suất bù là 1 dB thì công suất giới hạn Pch khoảng 10mW cho 20 kênh, nh−ng nếu tăng số kênh truyền lên hơn 70 thì Pch chỉ d−ới 1mW.