g: là hệ số khuếch đại Brillouin
4.2.THIẾT BỊ KHUẾCH ĐẠI QUANG SỢI 4.2.1 Nguyên lý hoạt động.
4.2.1 Nguyên lý hoạt động.
Khuếch đại quang sợi hiện nay chủ yếu dùng sợi pha tạp Erbium, viết tắt là EDFA (Erbium – Doped Fiber Amplifier). Nguyên lý khuếch đại được thực hiện nhờ cơ chế bức xạ trong ba mức hoặc 4 mức như sau (hình 4.2).
§¹i Häc Më Hµ Néi Mức kích thích E2 Mức siêu bền E3 Mức cơ bản E1 Phân rã không bức xạ Tín hiệu tới được khuếch đại λ Photon tới λ = 980nm; λ= 1480nm phton bơm Er3+ Hình 4.2: Giản đồ năng lượng của Erbium
EDFA có cấu trúc là một đoạn sợi quang mà lõi của chúng được cấy Er3+ với nồng độ ít hơn 0,1%. Khi một nguồn bơm photon bước sóng 980nm hoặc 1480nm
được bơm vào lõi sợi đặc biệt này; các ion Er3+ này sẽ hấp thụ các photon đó một
điện tử của nó chuyển mức năng lượng từ mức cơ bản E1 lên mức kích thích E2; do tồn tại một mức năng lượng siêu bền E3 ở giữa (xem giản đồ năng lượng), nên các
điện tử này chuyển xuống mức năng lượng E3 theo cơ chế phân rã không bức xạ
(thả không bức xạ xuống E3), sau một khoảng thời gian điện tửđược kích thích này rơi trở lại mức E1 phát xạ ra photon. Hiện tượng bức xạ bình thường có thể là bức xạ tự phát (là cơ chế bình thường khi điện tử nhảy mức năng lượng), hoặc bức xạ sẽ
xảy ra mạnh theo cơ chế bức xạ kích thích; tức là do sự có mặt của các photon mang năng lượng bằng với năng lượng dịch chuyển mức của các điện tử (trong EDFA, thì đó là photon của tín hiệu cần được khuếch đại) sẽ kích thích sự phát xạ
và tạo ra thêm nhiều photon tỉ lệ với số photon của chùm sáng. Rất may là bức xạ
này lại ở vùng bước sóng 1550nm. Nhờ vậy tín hiệu được khuếch đại khi đi qua sợi pha tạp Erbium.
Cấu trúc của một bộ khuếch đại quang sợi EDFA và đường đặc tính phổ
§¹i Häc Më Hµ Néi 1500 1510 1520 1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 1600 0 5 10 15 20 25
Typical Gain Curve
Wavelength (nm) Gain
(dB)
Hình 4.4: Phổ khuếch đại của EDFA
Dựa vào đường đặc tính phổ khuếch đại của nó ta thấy nguồn laser bơm ở
bước sóng 980nm hoặc 1480nm thì hiệu suất bơm (G) là hiệu quả nhất. Các bộ cách li quang có nhiệm vụ chống phản xạ tín hiệu, chỉ cho phép truyền dẫn quang đơn hướng. Coupler WDM dùng để ghép tín hiệu bước sóng bơm và tín hiệu cần khuếch
đại vào sợi Erbium.