CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG TỐC ĐỘ CAO SỬ DỤNG BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN
4.4 Tính toán các tham số
4.4.5 Bộ khuếch đại Raman
Bộ khuếch đại DRA 01 nguồn bơm:
- Lựa chọn bước sóng bơm: độ dịch chuyển Raman Δλ ~ 80nm 100 nm, phụ thuộc vào nồng độ và cấu trúc sợi quang. Do vậy nếu tín hiệu truyền λs = λp + Δλ =1550 nm thì bước sóng bơm λp = λs – Δλ = 1450 1470 nm.
- Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại:
(4.8) Trong đó:
gR:hệ số khuếch đại Raman
Aeff :tiết diện hiệu dụng cho sự tăng cường Raman Leff: Chiều dài hiệu dụng đối với sóng bơm
P P eff
L L
) exp(
1
(4.9) P0: công suất bơm
K: hệ số phân cực (thường K =2)
αS, αP: hệ số suy hao của sợi quang tại bước sóng tín hiệu và bước sóng bơm - Hệ số khuếch đại G của bộ khuếch đại phải đủ bù suy hao trên tuyến truyền
dẫn và bù công suất cho các hiệu ứng phi tuyến trên đường truyền:
G = LF-sp + Pphi tuyến (dB) (4.10) - Từ (4.8) và (4.10) tính ra công suất bơm P0.
Bộ khuếch đại Raman nhiều nguồn bơm:
Đối với hệ thống truyền dẫn quang sử dụng ghép kênh theo bước sóng (WDM), việc đảm bảo công suất tín hiệu trên các kênh đều nhau là cần thiết. Một trong các cách để đảm bảo việc này là gi cho hệ số khuếch đại G của các kênh là
L
KA L P g
G S
eff eff
R 0
34 , 4
87
đều nhau và người ta thường sử dụng khái niệm độ phẳng khuếch đại để đánh giá tiêu chí này và trong khuếch đại Raman người ta sử dụng kiểu khuếch đại nhiều nguồn bơm để đạt được độ phẳng khuếch đại tối ưu. Chú ý việc lựa chọn bước sóng bơm để tránh ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến và các công suất bơm không quá lớn để tránh ảnh hưởng của tạp âm và dễ dàng lựa chọn Laser bơm phù hợp.
Đối với các bộ khuếch đại sử dụng nhiều nguồn bơm, việc lựa chọn dải bước sóng bơm là rất quan trọng để đảm bảo độ phẳng khuếch đại. Hệ số khuếch đại Raman là thông số phụ thuộc vào sự chênh lệch gi a tần số bơm và tần số của kênh làm việc. Cần lựa chọn dải bước sóng bơm sao cho ứng với dải tần số làm việc ta sẽ có được các hệ số khuếch đại Raman tốt nhất (đạt khuếch đại lớn nhất và phẳng nhất). Do đó, việc lựa chọn dải bước sóng bơm phụ thuộc vào dải bước sóng của các kênh làm việc. Tùy vào số kênh bước sóng mà hệ thống có thể chỉ sử dụng băng C hoặc băng L, cũng có thể cả 2 băng (C+L) nếu số kênh lớn. Như vậy khi xác định được số kênh bước sóng sử dụng trong hệ thống thì tùy thuộc vào khoảng cách kênh mà ta có thể xác định được bước sóng cực tiểu (λs-min) và bước sóng làm việc cực đại (λs-max). Căn cứ vào hai bước sóng này ta sẽ xác định được dải bước sóng bơm phù hợp theo công thức sau:
λ p −min (nm) = λs −min (nm) − 110
(4.11) λp −max (nm) = λs −max (nm) – 90
Yêu cầu đặt ra với thiết kế này là đảm bảo độ phẳng khuếch đại tốt nhất.
Theo nguyên lý khuếch đại Raman sử dụng nhiều nguồn bơm thì khuếch đại tổng lên các kênh do tác động của các nguồn bơm chính là tổng hợp của các khuếch đại thành phần lên các kênh đó. Do vậy trên lý thuyết nếu số nguồn bơm càng nhiều thì độ phẳng khuếch đại sẽ tốt và với một giá trị khuếch đại yêu cầu thì sẽ chỉ cần các laser bơm có công suất thấp. Tuy nhiên để đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật của bộ khuếch đại và việc ghép các nguồn bơm thì số nguồn bơm nhỏ sẽ thuận tiện hơn. Do đó, cần dung hòa gi a hai yếu tố, tức là chọn số
88
nguồn bơm nhỏ nhưng vẫn đảm bảo độ phẳng khuếch đại cho cả dải bước sóng làm việc. Trong đồ án này, giả sử sử dụng 3 nguồn bơm.
Sau khi lựa chọn được số nguồn bơm, ta cần xác định dải bước sóng bơm và công suất bơm phù hợp. Theo kết quả thực nghiệm đã công bố cho thấy, đối với các hệ thống có cự ly các chặng < 120 km, tức là hệ số khuếch đại (G) < 24dB thì công suất bơm ở trong khoảng 0.1W tới 0.4W là phù hợp [6].
Sau khi đã lựa chọn được dải bước sóng bơm, số nguồn bơm và dải công suất bơm ở bước trên, cần thực hiện việc lựa chọn tổ hợp 3 bước sóng và 3 công suất bơm trong dải vừa tính theo cách sau.
- Lựa chọn bước sóng bơm: chia dải bước sóng bơm (λp-min - λp-max) thành nhiều phần bằng nhau, mỗi phần sẽ là Δλp. Sau đó sẽ lựa chọn ra các bước sóng bơm, ví dụ trường hợp 3 nguồn bơm như công thức dưới đây:
λp1=λp-min
λp2= λp1 + n*Δλp (với n= 1,2,3) (4.12) λp3= λp2 + m*Δλp (với m= 1,2,3)
- Lựa chọn công suất bơm: tương tự như việc lựa chọn bước sóng bơm, cũng chia dải công suất bơm thành nhiều phần ΔP như nhau, sau đó tổ hợp lựa chọn công suất bơm phù hợp.
- Ứng với mỗi một cặp bước sóng bơm và công suất bơm ta sẽ tính được hệ số khuếch đại Raman và làm cơ sở để tính toán khuếch đại G của kênh.
G = LF-sp + Pphi tuyến (dB) = (4.13)
89
CHƯƠNG 5
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỬ DỤNG KHUẾCH ĐẠI RAMAN