Trong cỏc hệ thống truyền dẫn quang, việc sử dụng cỏc bộ khuếch đại quang là hết sức quan trọng. Khi truyền dẫn trong mụi trƣờng sợi quang, ta gặp hiện tƣợng suy giảm cụng suất tớn hiệu khi truyền dẫn và tỏn sắc của ỏnh sỏng chớnh vỡ vậy mà tớn hiệu khụng thể truyền dẫn với khoảng cỏch xa. Khuếch quang đƣợc sử dụng để tăng cƣờng khoảng cỏch truyền dẫn đồng thời giảm thiểu hiện tƣợng tỏn sắc. Cỏc bộ khuếch đại quang cú thể khuếch đại tất cả cỏc bƣớc súng cựng một lỳc mà khụ ng cần phải thực hiện việc chuyển đổi quang - điện - quang. Bờn cạnh việc sử dụng khuếch đại quang cú cỏc tuyến quang, ta cú thể sử dụng khuếch đại sau khi tớn hiệu đó đƣợc ghộp kờnh hay trƣớc khi tớn hiệu đƣợc phõn kờnh. Ngày nay, cỏc bộ khuếch đại EDFA đƣợc sử dụng phổ biến trong cỏc hệ thống WDM. Chớnh sự phỏt triển của EDFA khiến cho cỏc hệ thống WDM trở nờn khả dụng và đƣợc sử dụng rộng rói, khụng những thế mà chỳng cũn tỏc động mạnh mẽ tới sự phỏt triển của cỏc phần tử cũng nhƣ kỹ thuật mạng.
Coupler
Isolator Isolator
Laser bơm
Hình 2.8. Cấu trúc của EDFA
EDF (10-50m)
Hỡnh 2.8 chỉ ra sơ đồ đơn giản của bộ khuếch đại EDFA. Tớn hiệu đƣợc đƣa vào sợi quang cú pha tạp chất Erbium, ở đú ỏnh sỏng ở bƣớc súng 980nm hay 1480nm đƣợc bơm vào sợi quang bằng cỏc laser bơm. Ánh sỏng cụng suất yếu đƣa vào sợi quang sẽ kớch thớch cỏc nguyờn tử Erbium phỏt xạ năng lƣợng đó đƣợc lƣu trữ ở bƣớc súng 1550nm. Và khi tớn hiệu đƣợc ghộp trở lại sợi quang thỡ tớn hiệu sẽ
trở nờn mạnh hơn. Quỏ trỡnh phỏt xạ tự phỏt trong EDFA cũng làm tăng thờm nhiễu vào tớn hiệu.
Cỏc tham số hoạt động của cỏc bộ khuếch đại quang đú là hệ số khuếch đại, độ bằng phẳng của hệ số khuếch đại, mức nhiễu, cụng suất lối ra. Cỏc bộ khuếch đại EDFA thƣờng cú hệ số khuếch đại cỡ 30dB và cụng suất lối ra là 17dB. Tuy nhiờn, cỏc yếu tố để chọn EDFA lại là mức nhiễu thấp và độ bằng phẳng của độ khuếch đại. Hệ số khuếch đại của EDFA phụ thuộc vào bƣớc súng của tớn hiệu vào. Tuy nhiờn, EDFA cú độ khuếch đại khỏ bằng phẳng trong dải thụng của nú trong băng tần C và L (từ 1530 đến 1560nm) khi sử dụng thờm bộ bộ cõn bằng hệ số khuếch đại trong cấu trỳc của EDFA.
Cỏc yờu cầu đối với EDFA khi sử dụng cho hệ thống WDM:
-Đặc tớnh khuếch đại của EDFA: Độ khuếch đại phải bằng phẳng trong dải thụng làm việc của WDM. Khi đú tất cả cỏc bƣớc súng đều đƣợc khuếch đại đồng đều nhau.
-Dao động mức cụng suất chuyển tiếp: Trong hệ thống WDM khi tải thay đổi đột ngột sẽ dẫn tới sự thay đổi cụng suất. Cỏc bộ khuếch đại thƣờng làm việc ở chế độ bóo hoà do đú chỉ cú một phần năng lƣợng vừa đủ trong trạng thỏi Erbium mức trờn đối với hoạt động ngắn. Khi dừng bơm một lƣợng cụng suất tớn hiệu đầu vào nhỏ cũng làm mất tỏc dụng của hiện tƣợng nghịch chuyển (xẩy ra cỡ khoảng 100 s) trong bộ khuếch đại. Bởi vậy năng lƣợng tớch trữ trong linh kiện này vụ cựng nhỏ so với năng lƣợng chuyển qua nú. Điều này cú nghĩa là độ khuếch đại của bộ khuếch đại thay đổi rất nhanh theo sự thay đổi của hệ thống (chẳng hạn nhƣ trƣờng hợp mất kờnh tớn hiệu).
Nhiễu của bộ khuếch đại: Nguồn nhiễu chủ yếu trong bộ khuếch đại sinh ra bởi hiện tƣợng phỏt xạ tự phỏt đƣợc khuếch đại(ASE). Ảnh hƣởng của nhiễu này khụng đỏng kể khi số lƣợng bộ khuếch đaị trờn tuyến nhỏ. Tuy nhiờn, khi số khi số lƣợng bộ khuếch đại lớn ASE sẽ tỏc động trực tiếp đến giỏ trị OSNR.
Ảnh hƣởng phõn cực: Ảnh hƣởng phõn cực trong EDFA là rất nhỏ và cú thể bỏ qua đối với hệ thống truyền dẫn với khoảng cỏch ngắn. Tuy nhiờn, trong hệ
thống cự ly dài ảnh hƣởng này sẽ tớch luỹ qua từng bộ khuếch đại trờn đƣờng truyền và tỏc động trực tiếp đến chỉ tiờu của hệ thống (OSNR). Cú ba ảnh hƣởng phõ n cực khỏc nhau trong bộ khuếch đại:
+ Khuếch đại phụ thuộc phõn cực (PDG): khi bộ khuếch đại hoạt động ở trạng thỏi bóo hoà, tớn hiệu bị phõn cực sẽ đƣợc khuếch đại cao hơn ở trục trực giao. Điều này do bởi cỏc phõn tử Erbium riờng rẽ cú xu hƣớng tạo laser theo một cực nào đú hơn so với cỏc cực khỏc tự thuộc vào hƣớng của chỳng trong vật liệu thuỷ tinh. Trong cỏc hệ thống WDM ảnh hƣởng của PDG bị giảm đi đỏng kể do sự hiện diện của nhiều kờnh. Qua thống kờ cho thấy chỉ cú rất ớt khả năng tất cả cỏc kờnh cú cựng trạng thỏi phõn cực tại cựng một thời điểm. Xỏc suất xuất hiện là vẫn cú nhƣng rất nhỏ. Do đú khả năng xẩy ra cả hai trạng thỏi phõn cực ứng với cụng suất nhƣ nhau tại cựng một thời điểm.
+Sự suy hao phụ thuộc phõn cực (PDL): phần lớn cỏc bộ EDFA khuếch đại tớn hiệu trong một trạng thỏi phõn cực cao hơn một ớt so với tớn hiệu phõn cực trực giao. Điều này là do sự phụ thuộc phõn cực của cỏc phần tử quang (trong đú cú EDFA) và hƣớng phõn cực của tớn hiệu bơm.
+Tỏn xạ mode phõn cực (PMD): PMD chủ yếu xuất hiện trong sợi quang. Đõy là một hỡnh thỏi khỏc của tỏn sắc. PDM hoạt động trờn cơ sở từng kờnh nờn khụng cú sự khỏc biệt nào giữa mụi trƣờng đơn kờnh và đa kờnh. Ngoài ra, ảnh hƣởng này rất nhỏ trong phần lớn hệ thống tốc độ kờnh cú tốc độ kờnh dƣới 10Gbps.
Ứng dụng bộ khuếch đại quang trong truyền tải quang
Theo chức năng, cỏc bộ khuếch đại quang cú thể chia thành 3 loại: khuếch đại cụng suất, khuếch đại đƣờng dõy và tiền khuếch đại nhƣ thể hiện ở hỡnh 2.9. -Bộ khuếch đại cụng suất thực hiện khuếch đại tớn hiệu của bộ phỏt trƣớc khi đƣa vào trong sợi. Bộ khuếch đại cụng suất làm tăng cụng suất của tớn hiệu quang đến mức cao nhất để làm cho khoảng cỏch truyền cực đại. Yờu cầu chớnh của bộ khuếch đại này là tạo ra cụng suất đầu ra cực đại, chứ khụng phải khuếch đại cực đại vỡ tớn hiệu ngừ vào tƣơng đối lớn do nú đƣợc đƣa đến ngay lập tức từ bộ phỏt.
- Bộ khuếch đại đƣờng dõy đƣợc đặt hoạt động giữa tuyến truyền dẫn sợi quang. Chức năng cơ bản của nú là bự mất mỏt cụng suất gõy ra bởi suy hao sợi, kết nối và phõn phối tớn hiệu trong mạng. Vỡ vậy yờu cầu chớnh của bộ khuếch đại này là độ ổn định trờn toàn bộ dải thụng WDM. Do cú nhiều bộ khuếch đại đƣờng dõy cú thể lắp nối tiếp nờn cần đảm bảo sự thống nhất về đặc tớnh khuếch đại. Một yờu cầu khỏc đối với bộ khuếch đại này là phải giữ mức tạp õm cực tiểu và thực hiện tốt việc kết nối sợi quang.
- Bộ tiền khuếch đại thực hiện khuếch đại tớn hiệu ngay trƣớc khi tớn hiệu đƣợc đƣa vào bộ thu. Bộ khuếch đại này hoạt động với tớn hiệu đầu vào nhỏ, do đú cho ra độ nhạy thu tốt; nú đũi hỏi hệ số khuếch đại lớn và hệ số nhiễu thấp. Hệ số nhiễu là đặc tớnh quan trọng của bộ tiền khuếch đại bởi vỡ chất lƣợng của bộ thu bị giới hạn khụng chỉ do nhiễu của bộ thu mà cũn do nhiễu của bộ tiền khuếch đại. Sử dụng bộ tiền khuếch đại giảm đƣợc yờu cầu nghiờm ngặt về đồ nhạy mỏy thu và từ đú cho phộp mạng cú thể hoạt động với tốc độ bớt cao hơn.
Trạm phát Trạm thu Pre-amplifier Post-amplifier In-line-amplifier Trạm phát Trạm thu Trạm phát Trạm thu
Hình 2.9. Các cấu trúc khác nhau cho các hệ thống sử dụng các bộ khuếch đại quang sợi
EDF
EDF EDF
2.6 CễNG NGHỆ THIẾT BỊ DÙNG TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG
Cỏc thiết bị quan trọng nhất dựng trong mạng truyền tải quang sử dụng WDM là cỏc bộ đầu cuối đƣờng quang (OLT), thiết bị xen/rẽ quang (OADM), và thiết bị kết nối chộo quang (OXC).[5] OLT thƣờng dựng ở hai đầu của liờn kết điểm-điểm, OADM sử dụng trong cỏc mạng tuyến tớnh và mạng vũng, OXC cũng thực hiện cỏc chức năng tƣơng tự nhƣ OADM nhƣng với số lƣợng bƣớc súng và
cổng xử lý nhiều hơn, nú cũn cho phộp quản lý cỏc bƣớc súng trong mạng hiệu quả tại lớp quang. OXC thƣờng đƣợc sử dụng trong cỏc mạng hỡnh lƣới hoặc để nối cỏc vũng quang với nhau nhƣ trong cấu trỳc mạng đƣờng trục.