3 Ảnh hưởng của hướng truyển đến hộ số nhiễu quang
4.2.3. Cách xác định hệsố khuếch đại
Hệ s ố khuếch đại của EDFA được tính theo công thức:
G(dB) = Piwl(d B )-P m(dB)
trong đó Pị„ là công suất lối vào của bộ khuếch đại, công suất này có thể dược điều chỉnh dễ dàng nhờ bộ suy giảm. Poul là công suất lối ra của bộ khuếch đại. được xác định từ phổ huỳnh quang, đó chính là giá trị đỉnh phổ huỳnh quang. Sau đây là một sô' hình ảnh phổ huỳnh quang lối ra của EDFA với nguồn bơm 980 nm, ở dải phổ
AA.«0.2nm :
nsưn
Hình 4.3. P h ổ tín hiệu quang lối ra.
Từ hình 4.3 ta có giá trị đỉnh Pm„ = -13.55 dBm . ứng với p,„ = -40 dBm. hệ số khuếch đại là:
4.2.4. Cách xác định công suất nhiễu ASE
5 OdB/D
H ình 4.4. Giá trị PASE ở bên trái và bên phải của phố tín hiệu được khuếch đại do được trên laser tín hiệu s ố 5.
Từ hình 4.4 ta thấy phổ có đỉnh tại bước sóng 1534.85 nm. Đo giá trị công suất nhiễu ASE tại bước sóng 1534.860 nm, ta thu được công suất nhiễu ASE là -21.80 dBm; tại bước sóng 1535.257 nm ta thu được công suất là -22.75 dBm.
Công suất nhiễu ASE được tính theo công thức:
Thí nghiệm được tiến hành với AX = 0.2 nm. Từ công thức C=VẰ, ta có
A v = c A Ẳ /Á 2, ở đó c là vân tốc ánh sáng (c=3.108 m/s). Thay số vào ta tính được B0 = 25 GHz.
Tiến hành đo thực nghiệm trên hai là laser tín hiệu số 4 và sô' 5 và một laser bơm có bước sóng 980 nm và công suất bơm thay đổi từ 10 m \v đến 100 mW, ta thu được các kết quả sau:
a/ Laser số 5, tín hiệu quang được truyền ở bias 24.1 mA và điều chế xung là A=5; bước sóng đỉnh là 1534.850 nm:
* Tín hiệu quang đến bộ khuếch dại quang sau klìi đi qua sợi quang dài 50km.
P p ,Jm W ) P J d B m ) P ,J d B m ) G(dB) 10 -30 -35 -40 -9.6 -14.27 -18.94 20.4 20.73 21.06 25 -30 -35 -40 -6.46 -11.07 -15.86 23.54 23.93 24.14 50 -30 -35 -40 -4.29 -8.99 -13.74 25.71 26.01 26.26 60 -30 -35 -40 -3.41 -8.27 -12.94 26.59 26.73 27.06 80 -30 -35 -40 -2.69 -7.67 -12.28 27.31 27.33 27.72 100 -30 -35 -40 -2.24 -6.91 -11.64 27.76 28.09 28.36 p ASEÌdBm) N F (d tì) -29.3 -29.5 -30.13 3.49 3.50 3.50 -26.12 -26.49 -26.64 4.61 4.62 4.63 -24.04 -24.62 -25.09 5.35 5.30 5.26 -23.48 -23.61 -24.20 5.60 5.60 5.54 -22.8 -23.0 -23.5 5.84 5.81 5.78 -22.2 -22.4 -22.74 6.0 6.0 6.0
b/ Laser sô' 4: có dòng bias là 18.1mA, bước sóng đỉnh là 1523.9 nm. tín hiệu quang đến bộ khuếch đại quang sau khi đi qua sợi quang dài 50km.
PpuJm W ) PJdB m ) P„JdBm) G(clB)
10 -30 -35 -40 -4.66 -8.82 -13.29 25.34 26.18 26.71
50 -30 -35 -40 1.37 -2.78 -7.23 31.37 32.22 32.77 60 -30 -35 -40 2.40 -1.8 -6.31 32.4 33.2 33.69 80 -30 -35 -40 3.2 -0.97 -5.27 33.2 34.03 34.73 I00 -30 -35 -40 4.04 -0.07 -4.53 34.04 34.99 35.47 P ASE(d B m ) N F (d B ) -25.7 -25.4 -25.08 5.0 5.2 5.3 -22.36 -21.64 -21.74 6.2 6.44 6.5 -19.85 -19.66 -19.22 7.04 7.2 7.4 -19.14 -18.57 -18.3 7.3 7.6 7.7 -18.53 -18.1 -17.43 7.6 7.8 8.0 -17.33 -16.94 -16.63 8.0 8.2 8.3
Trên đây chỉ là một phần số liệu thực nghiệm chúng ta đưa ra để minh hoạ. Còn lại các giá trị thực nghiệm khác sẽ được biểu thị trên các đồ thị thực nghiệm.
4.2.5. Một sô đồ thị thực nghiệm
Đồ thị sự phụ thuộc của độ khuếch đại vào công suất tín hiệu lối vào ctirợc biểu diễn trên hình 4.5. 4 0 I r --- la s e r sô' 4 4 -1 l a s e r s ố 5 15 1 0- 4 5 --- - 4 0 ..---- 3 5 - 3 0 -2 5 P ỉ n ( d B m )
Hình 4.5. Đồ thị thực nghiệm về độ khuếch đại (G) của EDFA phụ thuộc vào công suất tín hiệu lối vào.
Kê't quâ thuc nghiêm này duac do khi công suât boni thay d6i tù 10 mW dên 100 mW. Nhîn vào hînh 4.5 ta thâ'y dô khuê'ch dai G sê tâng lên khi công suât tin hiêu lô'i vào giâm di. D ieu này co thé giâi thich nhu sau:
Nhtf ta dâ biê't công suât tin hiêu loi ra là môt hàm cüa công suât tin hiêu loi vào
Pn'ui = / ( / * „ ') , và hê sô' khuê'ch dai cüng là hàm cûa công suât loi vào G - f(P'„), hay
G = f(P„'ul) . Ô chê dô tin hiêu nhô, su phu thuôc này là tuyê'n tinh PlM = P'„xconst, khidô G(Pi'n) = G(Pn'ul) = const. Khi công suât tin hiêu lô'i vào tâng lên, hiên tuong bâo hoà khuê'ch dai së xày ra, dâc trung cüa EDFA không côn là tuyên tinh nüa. Luc này nêu ta vân tiêp tue tâng công suât tin hiêu vào thi hê sô khuêch dai së bi giâm di theo công thurc p ? = (G max/ 2 ) C hay P^{dBm ) = Gm^ d B ) + PZ(dBm)-3dB [6J.
Do thi su phu thuôc cüa dô khuê'ch dai vào công suât bom duoc biëu diën trên hinh 4.6:
cong suat bom (mW)
Hình 4.6 hiểu diễn sự phụ thuộc của hệ sô' khuếch đại vào công suất bơm. Nhìn vào đồ thị ta thấy lúc đầu khi cốnguất bơm còn nhỏ, hệ số khuếch đại tăng mạnh khi công suất bơm tăng. Nhưng khi công suất bơm lớn thì sự tăng của độ khuếch đại sẽ giảm.
Đồ thị sự phụ thuộc của công suất nhiễu ASE vào công suất bơm, ứng với các công suất tín hiệu lối vào khác nhau, được vẽ trên hình 4.7.
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 100
cong suat bom (mW)
Hình 4.7. Đ ồ thị sự phụ thuộc của công suất nhiễu ASE vào công suất bom
Nhìn vào hình 4.7 ta thấy: khi dòng bơm lối vào thấp, công suất nhiễu ESA tăng theo cường độ dòng bơm. Nhưng ở chế độ bơm cao, dù dòng bơm tăng song công suất nhiễu ASE cũng thay đổi không đáng kể. Hiện tượng này là do sự ảnh hưởng cùa chế độ tự bão hoà của bộ khuếch đại. Điều này chứng tỏ các kết quả thực nghiệm là phù hợp với các kết quả của lý thuyết.
Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số nhiễu quang NF vào công suất tín hiệu lối vào. tương ứng với các công suất bơm thay đổi từ 100 mW cho đến 10 mW, được mổ tả trên hình 4.8: ~ 6 T3 y=z C 2 -4 5 Laser . số 4 Laser số 5 -40 -35 P in (d B m ) -30 -25
H ình 4.8. Đ ồ th ị sự phụ thuộc của hệ s ố nhiễu quang vào công suất tín hiệu lối vầOy ứng vớỉ các công suất bom khác nhau.
Nhìn vào đổ thị ta thấy, khi công suất tín hiệu lối vào thì hộ số nhiễu quang lại giảm đi một chút.
Điều này là phù hợp với các kết quả lý thuyết vì: khi công suất tín hiệu lối vào tăng, thì công suất nhiễu ASE sẽ giảm do sự đảo lộn mật độ môi trường tăng lên, nên hệ số nhiễu quang sẽ bị giảm.
Đ ổ thị sự phụ thuộc của hệ sô' nhiễu quang vào công suất bơm đầu vào được biểu thị trên hình 4.9.
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 100 c o n g s u a t b o m (m W )
H ình 4.9. Đ ổ thị sự phụ thuộc của hệ sô nhiễu quang vào công suất bơm đầu vào, ứng vói các công suất tín hiệu đầu vào khác nhau.
Nhìn vào đồ thị ta thấy, khi công suất bơm nhỏ hơn 10mW thì hệ sô' nhiễu quang tiến tới giá trị ngưỡng là 3dB. Khi công suất bơm lớn hơn 10 m \v thì hệ số nhiễu tăng chậm. Nhưng khi công suất bơm cao hơn 30 m \v thì hệ số nhiễu hầu như tăng không đáng kể. Lí do là khi dòng bơm tăng đến ngưỡng bão hoà của quá trình bơm thì hệ số khuếch đại tiến dần đến trạng thái bão hoà và hệ số nhiễu cũng trở nên ổn định hơn.
4.3. Phương pháp xác định hệ sô nhiễu quang bằng cách đo công suất nhiều
ASE ngược chiều .
4.3.1. Cơ sở của phương pháp
Như ở các chương trước đã đề cập đến, tín hiệu được khuếch đại chí được phân cực theo một hướng (cùng hướng với hướng truyền), còn nhiều ASE lại được phân cực một cách ngẫu nhiên. Vì vậy ở đầu ra của bộ khuếch đại chúng ta sẽ thu được cả tín hiệu đượckhuếch đại lẫn nhiễu ASE, và việc tách công suất nhiễu ASE ra khỏi công suất tín hiệu là m ột vấn đề tương đối phức tạp. Nếu chúng ta sử dụng một bộ circulator.
thì có thể thu dược công suất nhiễu ASE ngược chiều với chiều truyền tín hiệu một cách riêng rẽ. Từ đó chúng ta có thể tính được hệ sô' nhiễu quang. Phương pháp này dược gọi là phương pháp xác định hệ sô' nhiễu quang từ cách xác định công suất nhiễu ASE ngược chiều.
4.3.2. Sơ đồ khối của hệ đo
Sơ đồ khối của hệ đo như sau:
Nguồn phát
Ưn hiệu quang Sợi quang
pha tạp Er Bộ cách ly quang
Bộkhuẽchđại quang sợi
Hình 4.10. S ơ đồ khối của hệ đo N F bằng cách xác định nhiễu ASE ngược chiêu
Về cấu tạo, sơ dồ này tương tự như sơ đồ khối của hệ đo hệ số nhiễu quang bằng phương pháp hiệu chỉnh đường cong. Nhưng chỉ khác ở chỗ là ở đây chúng ta sử dụng thêm một bộ circulator để tách công suất nhiễu ASE ngược chiều ra khỏi công suất tín hiệu được khuếch đại.
Hoạt động của circulator như sau: circulator gồm ba cổng (1; 2; 3). Tín hiệu di vào cổng 1 thì cho ra ở cổng 2, còn khi vào cổng 2 thì đi ra cổng 3.
Với sơ đổ mắc như trên thì tín hiệu sẽ đi qua cổng 1, tại điểm A ta sẽ thu được công suất tín hiệu được khuếch đại và công suất nhiễu ASE xuôi chiều. Còn nhiễu ASE ngược chiều sẽ đi vào cổng 2 và ra cổng 3. Như vậy tại cổng 3 chúng ta sẽ thu được công suất nhiễu ASE ngược chiều mà không bị lẫn với tín hiệu lối vào được khuếch đại.
Suy hao từ lối vào đến EDF là 1.5 dB; từ EDF đến lối ra là 4.0 dB. Công suất bơm đầu vào là 40 mW. Kết quả này được đo trên laser tín hiệu sô' 4.
4.3.3. K ết quả thực nghiệm
Hình 4.11 là đồ thị sự phụ thuộc của độ khuếch đại và hệ số nhiễu quang (dB) vào công suất tín hiệu lối vào. Công suất ASE xuôi chiều được đo bằng phương pháp hiệu chỉnh đường cong.
Hình 4.11. Sự phụ thuộc của độ khuếch đại và hệ sô nhiễu vào công suất tín hiệu lôi vào
Nhìn vào đồ thị ở hình 4.11 chúng ta thấy: Ở vùng tuyến tính (từ - 4 0 dBm đến - 15 dBm) hệ số nhiễu quang xác định bằng phương pháp đo công suất ASE ngược chiều nhỏ hơn một chút (« 0.2 dB) so với hệ số nhiễu quang xác định bằng phương pháp hiệu chỉnh đường cong. Điều đó có thể giải thích như sau: Trong phương pháp hiệu chỉnh đường cong, công suất nhiễu ASE đo được là công suất ASE xuôi chiểu, công suất này
dược xác định gián tiếp qua phổ tín hiệu. Còn trong phương pháp này, công suất ASE thu được là công suất ASE ngược chiều và được đo trực tiếp, nôn độ chính xác cao hơn.
Ở vùng pin >-15 dBtn thì sự sự khác nhau này sẽ lớn hơn, nhưng sự suy giảm này cũng chỉ cỡ 1.0 dB tại công suất đầu vào cỡ -6 .0 dBm.
Hình 4.12 là hình dạng phổ lối ra đo được tại hai điểm A và B khi không có bộ lọc 10dBm /d iv -20dBm Pllổxuóỉ ị . chicu lại A 1 1ữdB /d iv -Z0dBm Phổ xuôi chiểu lại A ị Ém. 1 m 0 » iLsa — ■■■ 524nm 2nm/div 1524nm
a. P h ổ xuôi chiều (đo tại điểm A)
2nm/div
10dB /div
-20dBm
Ph chiổ ngượcều tại B
1 1 10dB -20dBm ■ Phổ ngirực ■chiều tỉii R L 1 h 1ị - 152411111 2nm/div 1524nm 2nm/div
b. P h ổ ngược chiểu đo tại điểm B Hình 4.12. Phô lôi ra đo tại hai điểm A và B.
Phổ phía bôn trái dược đo khi công suất tín hiệu vào là -30 dBm. phổ bên phải được đo khi công suất tín hiệu vào là 10 dBm. Từ hình 4.12 chúng ta thấy trong phổ xuôi chiều bao gồm cả thành phần tín hiệu được khuếch đại. Còn phổ ngược chiều không bao gồm thành phần tín hiệu được khuếch đại.
Khi công suất tín hiệu đầu vào nhỏ thì phổ ngưực chiểu chỉ là phổ công suất nhiễu ASE mà không chưá một thành phần tín hiệu nào. còn khi công suất đầu vào tãng lên ( c ỡ - 1 0 dBm) thì phổ ngược chiều chứa một phần nhỏ tín hiệu lối vào dược khuếch
đại. Đó là do hiện tượng xuyên kênh xảy ra dọc theo sợi. Nếu thí nghiệm này được tiến hành trong điểu kiện sự đảo lộn mật độ môi trường dọc theo môi trươngf khuếch đai là không đồng nhất, thì sự khác nhau giữa công suất nhiễu ASE ngược chiều và xuôi chiều là không thể bỏ qua.
Kết luận
Như vậy nhờ việc sử dụng bộ circulator chúng ta đã đo được công suất nhiễu ASE, nhờ đó xác định được hệ sô' nhiễu quang một cách dễ dàng. Phương pháp này cho ta độ chính xác cao, bằng chứng ià sự sai khác giữa hệ số nhiễu xác định theo phương pháp đo công suất nhiễu ASE xuôi chiều và ngược chiều là dưới lđB khi cổng suất đíiu
vào nhỏ hơn - 6 .2 dBm. Sự sai khác nhau này là do tại điểm B sự đảo lộn mật độ bị suy yếu. V iệc xác định chính xác công suất nhiễu ASE và hệ số nhiễu quang là cơ sờ cho việc tính toán thiết kế đường truyền một cách tối ưu.
Hiện nay, các hệ thống thông tin quang đã nổi lên và trở thành hệ thông thông tin tiên tiến bậc nhất. Thông tin quang đã được triển khai nhanh trên mạng lưới viễn thông của hầu hết các nước trên thế giới với đủ loại hình linh hoạt, tốc độ và cự ly truyền dẫn phong phú, chất lượng dịch vụ viễn thông được bảo đảm. Môi trường truyền dẫn lý tưởng là sợi quang.
Bộ khuếch dại pha tạp Er1* là bộ khuếch đại tiên tiến nhất hiện nay. Nó dược ứng dụng rất rộng rãi trong thông tin quang để làm các bộ tiền khuếch đại, các bộ phát lặp, các bộ khuếch đại đường tru yển ,.... Bởi vì nó có một số ưu điểm sau: nó có thể biến đổi trực tiếp tín hiộu ánh sáng mà không thông qua quá trình biến dổi điện nào, độ khuếch đại cao nhưng nhiễu lại rất thấp, độ ổn định cao. EDFA khuếch đại tín hiệu không phụ thuộc vào tín hiệu điểu biến, ... Mặc dù EDFA có rất nhiểu đặc tính ưu việt như vậy, nhưng theo nguyên lý bất định của Heisenberg, thì nhiễu vẫn không thể tránh khỏi trong EDFA. Có nhiều loại nhiễu trong EDFA. nhưng chủ yếu vẫn là nhiễu ASE.
Về mặt lý thuyết, giới hạn cực tiểu của hệ số nhiễu là 3dB, song trong thực tế khó có thể chế tạo được EDFA có hệ số nhiễu bằng 3 dB, vì hệ số nhiễu còn phụ thuộc vào công suất bơm, công suất tín hiệu vào, bước sóng bơm, độ dài sợi quang pha Er?+, nồng độ Er,+ trong môi trường khuếch đại và hướng bơm...
Trong công việc thiết kế đường truyển thì viộc biết được chính xác công suất nhiễu ASE và hệ số nhiễu là rất cần thiết. Vì vậy trong luận văn này, chúng tôi đã đưa ra một sô' phương pháp xác định công suất nhiễu ASE và hệ số nhiễu. Đây là các phương pháp đo dơn giản, cho độ chính xác cao và phù hợp với diều kiện thí nghiệm trong nước.
Vì điéu kiện thời gian có hạn, chắc chắn rằng bản luận văn còn có nhiều thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp quí báu của các thầy cô giáo, của các đồng nghiệp và của các đọc gía đã quan tủm đến bản luân văn này.
PHỤ LỤC A