a. Phổ khuếch đại.
Khác với phổ khuếch đại của EDFA, phổ khuếch đại của PDFA không phải là đường liên tục. Phổ khuếch đại có đỉnh tại 1,3 µm và nó tạo ra một cửa sổ viễn thông từ 1,29 µm đến 1,33 µm bất kể các điều kiện về công suất tín hiệu và công suất bơm. Độ rộng phổ là 3 dB sẽ giảm khi tăng công suất bơm và giảm công suất tín hiệu vào.
Hình 1.41. ảnh hưởng của độ dài tới độ khuếch đại
Hình 1.41 minh họa sự phụ thuộc mạnh của phổ khuếch đại tín hiệu vào độ dài PDF. Độ rộng dải khuếch đại giảm 3 dB khi độ dài tăng vì tín hiệu khuếch đại tại các bước sóng cao hơn 1,3 µm giảm khi tăng độ dài vì tín hiệu GSA. Do đó đánh giá độ dài PDF là rất quan trọng để đạt được độ khuếch đại cao và độ rộng dải khuếch đại lớn.
Hình 1.42. ảnh hưởng của độ dài tới độ khuếch đại và độ rộng dải khuếch đại
do suy hao cách điện tử của PDF. Trái lại, độ rộng dải khuếch đại giảm một cách đơn điệu khi độ dài tăng. Cuối cùng là sợi pha tạp Pr3+
được sử dụng trong một modul khuếch đại PDFA phải được điều chỉnh tới độ dài tốt nhất phụ thuộc vào các tham số cần thiết là lớn nhất.
Quan hệ giữa độ khuếch đại tín hiệu, khuếch đại bên trong và tín hiệu GSA trong một sợi Florua cơ sở ZnF4 pha tạp Pr3+ có thể thấy rõ từ hình vẽ 1.42. Bước sóng phụ thuộc vào GSA. Mặc dù đỉnh bước sóng của tín hiệu khuếch đại là gần 1,3 µm, đỉnh của phổ khuếch đại bên trong là 1,31 µm. Bước sóng này thay đổi là vì ảnh hưởng của phổ GSA.
Hình 1.43. Quan hệ giữa độ khuếch đại tín hiệu, khuếch đại bên trong và tín hiệu GSA
b. Độ bão hòa khuếch đại.
Hình 1.44 minh họa đặc trưng bão hòa khuếch đại điển hình đối với một sợi cơ sở ZnF4 pha tạp Pr3+ . Công suất bão hòa khuếch đại đối với tăng ích nén 3 dB giảm từ 12 xuống 10 và 9,5 dBm khi bước sóng tín hiệu tăng từ 1,29 µm lên 1,31 µm và 1,33
tín hiệu khuếch đại là không đáng quan tâm. Hơn nữa, hiệu suất chuyển đổi công suất và độ dốc hiệu suất là các tham số quan trọng đặc trưng cho sự bão hòa của một bộ PDFA. Trong các nghiên cứu trước đây có được 36% đối với bước sóng bơm 1010nm và 21% đối với bước sóng bơm 1047 nm. Hiệu suất chuyển đổi công suất lớn nhất là khoảng 80%.
Hình 1.44. Đặc trưng bão hòa khuếch đại đối với sợi cơ sở ZnF4 pha tạp Pr3+ tại ba bước sóng
c. Hình ảnh nhiễu ( Noise Figure).
Nếu không có tín hiệu ESA và tín hiệu GSA trong PDF thì NF tốt nhất của bộ khuếch đại này sẽ có giá trị là 3 dB đối với bộ khuếch đại quang lý tưởng dựa trên dịch chuyển kích thích.Tuy nhiên, vì sợi pha tạp Pr3+ vài ảnh hưởng bởi ESA và GSA. Bỏ qua suy hao cách tử PDF,NF có thể được viết như sau:
NF= 2 NSP ≈ 3 dB ( λs< 1,31 µm) (1.38)
Hình 1.45 Minh họa phổ NF của khuếch đại quang sợi cơ sở ZnF4 pha tạp Pr3+ . Hình ảnh nhiễu NF = 3,4 dB tại các bước sóng nhỏ hơn 1,31 µm. Giữa các mức NF khác nhau 0,4 dB và giá trị giới hạn là 3 dB do suy hao cách tử của sợi PDF. Ngược lại, tại các bước sóng lớn hơn 1,31 µm NF trở nên tồi tệ hơn với sự tăng bước sóng tín hiệu, do vì đoạn xuyên tín hiệu ESA σ45 và đoạn xuyên GSAσ41 , như được biểu diễn trong phần thứ 2 và thứ 3 của mẫu số trong công thức tính NF ở trên.
Hình 1.45. Phổ NF của khuếch đại quang sợi cơ sở ZnF4 pha tạp Pr3+
Hình 1.45. Minh họa sự phụ thuộc độ tăng ích và NF vào công suất ra của tín hiệu. Với một công suất bơm là 780 m W. Khuếch đại tín hiệu nhỏ tại 1,3 µm là sấp xỉ cao bằng 18,5 dB . Hình ảnh nhiễu vào khoảng 5 dB và không thay đổi với các bước sóng nhỏ hơn 1,31 µm bởi vì tính chất 4 mức của xử lý khuếch đại. Điều này và các kết quả trước chỉ ra rằng các bộ PDFA có thể khuếch đại các tín hiệu với một hình ảnh nhiễu trong khoảng giới hạn là 3 dB trừ khi với vùng bước sóng cao hơn 1,31 µm.
Hình 1.46. Sự phụ thuộc độ tăng ích và NF vào công suất ra của tín hiệu
d. Sự phụ thuộc nhiệt độ.
Các đặc trưng phụ thuộc nhiệt độ của sợi pha tạp Pr3+
là rất quan trọng trong các ứng dụng tực tiễn và đã đạt được nghiên cứu kỹ cả trong lý thuyết và trong thực nghiệm. Hình 1.47. a) và b) minh họa sự phụ thuộc nhiệt độ cuả độ khuếch đại và hình ảnh nhiễu đối với một sợi florua cơ sở ZnF4 pha tạp Pr3+
dài 15 m, các bước sóng thay đổi từ 1,28 đến 1,33 µm. Nhiệt độ của sợi thay đổi từ - 40 0
C đến 80 0 C. Bất kể bước sóng tín hiệu, độ khuếch đại giảm đều khi nhiệt độ sợi tăng . Ngược lại, hình ảnh nhiễu tăng cùng với sự tăng nhiệt độ đối với các bước sóng tín hiệu cao hơn 1,31µm. Trong khi nó thay đổi không đáng kể tại các bước sóng nhỏ hơn 1,31 µm.
Hình 1.47. Minh họa sự phụ thuộc nhiệt độ của độ khuếch đại và hình ảnh nhiễu
Hình 1.48. Minh họa công suất ra bão hòa tăng cùng với nhiệt độ tăng. Lưu ý rằng sự phụ thuộc nhiệt độ của độ khuếch đại và công suất ra có thể được bù bằng cách sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất tự động (APC) và điều khiển khuếch đại tự động ( AGC) trên dải nhiệt độ từ - 40 0
Hình 1.48. Minh họa sự phụ thuộc nhiệt độ của công suất ra bão hòa
Hình 1.49 minh họa sự phụ thuộc nhiệt độ của khuếch đại tín hiệu nhỏ của bộ khuếch đại PDFA tại một vài bước sóng từ 1,29 µm ÷ 1,33 µm. bao gồm vùng thay đổi nhiệt độ dưới -400C. Độ khuếch đại không tăng đều dưới – 400C, thay vì điều đó nó biểu thị một giá trị lớn nhất mà không phụ thuộc vào bước sóng tín hiệu.
Hình 1.49. sự phụ thuộc nhiệt độ của PDFA tại bước sóng từ 1,29 µm ÷ 1,33 µm