CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG THÔNG TIN GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG WDM
CHƯƠNG 3: BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN
3.6 Phân loại các bộ khuếch đại Raman
Hình 3.22 Khuếch đại tập trung và khuếch đại phân bố [6]
Với bộ khuếch đại Raman phân bố (DRA - Distributed Raman Amplifier), ánh sáng bơm được phân bố trải dài trong sợi quang. DRA tận dụng sợi quang sẵn có trong mạng như một phương tiện để khuếch đại tín hiệu và như vậy ánh sáng sẽ được khuếch đại đồng đều dọc theo sợi quang trên một khoảng cách lớn. Với các bộ khuếch đại DRA, thông thường ánh sáng bơm có công suất cao được bơm theo hướng ngược để kết hợp với các bộ khuếch đại tập trung khác như các bộ khuếch
Tín hiệu vào Tín hiệu ra
Tín hiệu ra Tín hiệu vào
a)
b) Khuyếch đại quang
Mức công suất tín hiệu Sợi quang
74
đại quang sợi pha đất hiếm EDFA. Ưu điểm chính của DRA là cải thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR và giảm tính phi tuyến.
Hình 3.23 Công suất tín hiệu trong hệ thống sử dụng DRA [6]
Hình 3.23 biểu diễn mức công suất ánh sáng tín hiệu theo khoảng cách của hệ thống khuếch đại theo chu kỳ. Đỉnh hình răng cưa tương ứng với các điểm khuếch đại tập trung. Đường nét đứt là biểu diễn công suất ánh sáng tín hiệu trong hệ thống chỉ sử dụng các bộ khuếch đại tập trung với tăng ích cao. Đường cong trên hình tương ứng với công suất ánh sáng tín hiệu trong trường hợp sử dụng bộ khuếch đại DRA kết hợp với bộ khuếch đại quang tập trung có tăng ích nhỏ. Khi sử dụng DRA mức công suất tín hiệu dọc theo sợi quang sẽ đồng đều hơn. Nếu kết hợp các bộ khuếch tập trung mức ánh sáng tín hiệu đỉnh không quá lớn. Như vậy sẽ tránh được các hiệu ứng phi tuyến. Đồng thời mức công suất ánh sáng tín hiệu cũng không xuống thấp quá do ảnh hưởng của suy hao do đó tỷ số SNR được cải thiện.
Tỷ số SNR cao tương ứng với khả năng tăng khoảng cách gi a các bộ khuếch đại hoặc tăng dung lượng của kênh tín hiệu. Khoảng cách gi a các bộ khuếch đại quang tập trung thường khoảng 80 km, bằng cách sử dụng DRA hiệu năng của hệ thống tương đương với sử dụng khuếch đại quang tập trung trong cự ly 35 đến 38 km .
Ngoài khả năng tăng khoảng cách gi a các bộ khuếch đại hoặc tăng tốc độ bit DRA còn được sử dụng trong hệ thống WDM để giảm khoảng cách gi a các kênh hoặc hoạt động tại bước sóng tán sắc không.
Vùng ảnh hưởng của nhiễu
Công suất ánh sáng
Vùng ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến
Khoảng cách
Ánh sáng do dử dụng khuyếch đại quang thông thường
Ánh sáng được khuyếch đại bởi DRA Ánh sáng bơm
75
Bên cạnh các ưu điểm vừa nêu, khuếch đại Raman phân bố cũng có một số nhược điểm:
- Sợi quang có chiều dài hiệu dụng thấp Leff được xác định từ hệ số suy hao của sợi. Trong các bộ khuếch đại DRA chiều dài hiệu dụng của sợi quang thường nhỏ hơn 40 km. Chiều dài hiệu dụng thấp làm giảm khả năng tăng khoảng cách gi a các bộ khuếch đại.
- DRA có công suất ánh sáng bơm rất cao, ví dụ để tối ưu hoá mức nhiễu công suất ánh sáng bơm với sợi dịch tán sắc khoảng 580 mW và 1.28 W với sợi đơn mode chuẩn. Với mức công suất ánh sáng bơm cao như vậy các thiết bị quang như connector rất dễ bị hư hại.
- DRA rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm… và sự thay đổi cơ học.
- Một vấn đề đáng được quan tâm khác đối với DRA là nhiễu tán xạ Rayleigh kép. Các bộ khuếch đại DRA thường có nhiễu DRS cao hơn so với các bộ khuếch đại Raman tập trung khi sử dụng cùng loại sợi và có chiều dài sợi như nhau.
Nh ng vấn đề trên làm giảm tính ưu việt của DRA. Tuy nhiên do lợi ích từ tỷ số SNR và giảm hiệu ứng phi tuyến của DRA là rất lớn nên DRA đã được sử dụng khá rộng rãi trong các hệ thống cự ly dài.
3.6.2 Khuếch đại Raman tập trung
Bộ khuếch đại Raman tập trung (LRA - Lumped Raman Amplifier) là một khối đơn. Trong bộ khuếch đại Raman tập trung tất cả công suất ánh sáng bơm được tập trung trong một khối. Hình 3.24 là một thí dụ kết nối bộ khuếch đại Raman tập trung trong hệ thống thông tin quang. Trong sơ đồ trên ánh sáng bơm được gi trong bộ khuếch đại bằng các bộ cách ly xung quanh bộ khuếch đại với chiều dài hiệu dụng Raman khoảng vài km, khác với bộ khuếch đại Raman phân bố khi ánh sáng bơm đi vào sợi quang từ bên ngoài bộ khuếch đại.
76
Hình 3.24 Khuếch đại Raman tập trung [6]
Đặc điểm đáng lưu ý nhất của khuếch đại Raman tập trung đó là khả năng sử dụng dải bước sóng mới mà tại các dải băng này EDFA không thể hoạt động.
3.6.3 Bộ khuếch đại quang lai ghép Raman/EDFA
Laser bơm
Couple EDFA
Sợi quang khuếch đại
Raman
Hình 3.25 Khuếch đại quang lai ghép EDFA/Raman [6]
Khuếch đại quang Raman phân bố DRA có thể được sử dụng kết hợp với các bộ khuếch đại tập trung khác điển hình trong số đó là kết hợp với bộ khuếch đại EDFA hình thành bộ khuếch đại quang lai ghép Raman/EDFA. Loại khuếch đại quang này có thể thay thế bộ khuếch đại EDFA trong đó khuếch đại Raman phân bố đóng vai trò của một bộ khuếch đại tạp âm nhỏ.
Ánh sáng bơm
Laser bơm
Ánh sáng tín hiệu được Sợi quang khuếch
đại Raman
khuếch đại Bộ cách ly quang
Coupler
77
CHƯƠNG 4