Hệ số khuếch đại của một EDFA gần như không phụ thuộc vào công suất tín hiệu với điều kiện công suất bơm đủ lớn để tốc độ bơm lớn hơn nhiều so với tốc độ phát xạ kích thích.Trường hợp này gọi là hệ số khuếch đại không bão hoà hay chế độ tín hiệu nhỏ. Điều này được hiểu là vùng khuếch đại tín hiệu nhỏ tương ứng với các mức công suất đầu vào, nơi mà độ khuếch đại tín hiệu không làm giảm độ khuếch đại của bộ khuếch đại. Để xác định vùng khuếch đại tín hiệu nhỏ người ta thường dựa vào nhiễu đầu vào hiệu dụng Pn,ef của bộ khuếch đại
Pe,ef 2hv B0 ~ 30nW/nm đối với 1550nm
Với hv là năng lượng photon và B0 là băng tần quang của bộ khuếch đại. Nhiễu đầu vào hiệu dụng được khuếch đại lên từ bộ khuếch đại và sẽ thu được công suất nhiễu đầu ra của bộ khuếch đại. Vì công suất tín hiệu đầu vào là lớn đáng kể so với công suất nhiễu đầu vào, cho nên nó có vai trò lớn trong việc xác định mức nghịch đảo phía trên N2 Khi công suất đầu vào mà nhỏ so với Pn,ef ảnh hưởng của nó lên bộ khuếch đại sẽ không đáng kể, và bộ khuếch đại sẽ hoạt động trong vùng tín hiệu nhỏ.
Với 1 cấu trúc sợi quang cho trước (có pha tạp), và 1 công suất bơm cho trước, tồn tại 1 chiều dài sợi quang tối ưu mà ở chiều dài đó, hệ số khuếch đại lớn nhất. Đối với những chiều dài nhỏ hơn chiều dài tối ưu, công suất bơm không được tận dụng một cách tối đa. Với chiều dài lớn hơn mức tối ưu, công suất bơm bị "hút" ở một số nơi dọc theo sợi quang, và tiếp tục bị suy giảm. Chiều dài tối ưu thường vào khoảng hàng chục mét. Hệ số khuếch đại chế độ tín hiệu nhỏ max của EDFA là 30 40 dB.
Các bộ khuếch đại sẽ bị bão hoà hệ số khuếch đại khi công suất tín hiệu tăng. Trong trường hợp bão hoà, tín hiệu nhận năng lượng từ bơm khi nó truyền xuống sợi quang lớn đến mức tốc độ phát xạ kích thích có thể so sánh được với tốc độ bơm. Tín hiệu đầu vào càng lớn, hệ số không bão hoà càng cao, sự bão hoà càng xảy ra sớm. Khi sự bão hoà tăng, hệ số khuếch đại giảm. Công suất đầu ra bão hoà Psatout được định
nghĩa là công suất đầu ra tại đó hệ số khuếch đại bị giảm đi 3dB so với chế độ khuếch đại tin hiệu nhỏ. out
sat
P thường bằng hàng trăm mW. Cần lưu ý rằng ASE cũng góp phần
vào sự bão hoà trong EDFA. Khi tín hiệu vào rất nhỏ, thì chính ASE gây bão hoà trước tiên. Trường hợp này gọi là tự bão hoà hệ số khuếch đại.
Do bão hoà là 1 hiệu ứng phi tuyến, nó gây ra khá nhiều phức tạp khi có nhiều tín hiệu được khuếch đại. Vấn đề là hệ số khuếch đại bão hoà đối với bất kì tín hiệu nào cũng phụ thuộc vào công suất kết hợp của các tín hiệu khác cũng như công suất của chính nó. Điều này gây ra “đánh cắp" công suất từ các tín hiệu khác. Một hiệu rằng có lợi của bão hoà là một phần nhỏ của nó trong mỗi bộ khuếch đại của một chuỗi liên tiếp các bộ khuếch đại dẫn đến sự tự điều chỉnh lại
Hình. 3.10. Đặc tuyến vào ra của EDFA
Nhiều hiệu ứng phi tuyến khác là kết quả của hiện tượng đánh cắp công suất này, nhưng trong khoảng thời gian ngắn hơn. Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại ở một thời điểm tức thời nào đó là 1 hàm của mật độ trạng thái kích thích N2 (N2 bị làm suy giảm nhanh chóng bởi sự phát xạ kích thích khi có xuất hiện một tín hiệu).
Sự thăng giáng hệ số khuếch đại gây ảnh hưởng đến mọi tín hiệu được khuếch đại, và do đó có thể gây ra xuyên âm không mong muốn. Những hiệu ứng này chỉ có ý nghĩa khi hệ số khuếch đại động, tức là hệ số khuếch đại có thể thay đổi nhanh như sự thay đổi của tín hiệu. Để giải thích hệ số khuếch đại động trong EDFA ta dựa trên giả thuyết tốc độ thay đổi của hệ số khuếch đại tỷ lệ nghịch với thời gian sống ở trạng thái kích thích , xấp xỉ 10ms. Tuy nhiên, thực tế tính nhất thời của hệ số khuếch đại trong EDFA xảy ra trong khoảng thời gian hàng trăm s và không thể sự đoán được nếu chỉ
dựa vào khoảng thời gian sống.
Trong trường hợp bất kỳ, các số này chỉ ra rằng sự thăng giáng tín hiệu trong khoảng thời gian lớn hơn 100 s sẽ gây xuyên âm không đáng kể trong EDFA. Nghĩa
là tốc độ tối thiểu xấp xỉ 10 KHz để tránh xuyên nhiễu (hay 1 tín hiệu WDM phải hoạt động xấp xỉ 10 Kb/s thì tránh được hiệu ứng tần số phách). Sự mất xuyên nhiễu ở tốc độ lớn hơn 10 Kb/s là 1 trong những ưu điểm quan trọng của EDFA so với SOA.