Thế hệ thứ tư của thông tin cáp quang là sử dụng khuyếch đại quang để tăngkhoảng cách lặp và ghép nhiều bước sóng trong một sợi quang để tăng tốc độ bít trongsợi quang.. Các thành phần c
Trang 1Tìm hiểu về khuếch đại quang
1 Giới thiệu về hệ thống thông tin quang
1.1 Sự phát triển của hệ thống thông tin quang
Thông tin quang có tổ chức hệ thống cũng như các hệ thống thông tin khác,thành phần cơ bản nhất của hệ thống thông tin quang luôn tuân thủ theo một hệ thốngthông tin chung Đây là nguyên lý mà loài người đã sử dụng ngay từ thời kỳ khai sinh
ra các hình thức thông tin
Tín hiệu cần truyền được phát vào môi trường truyền dẫn tương ứng và đầu thu
sẽ thu lại tín hiệu cần truyền Đối với hệ thống thông tin quang thì môi trường truyềndẫn ở đây chính là sợi quang Sợi quang thực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệuthông tin từ phía phát tới phía thu
Vào năm 1960, việc phát minh ra laser làm nguồn phát quang đã mở ra một thời
kỳ mới có ý nghĩa to lớn trong lịch sử của kỹ thuật thông tin sử dụng dải tần ánh sáng.Thông tin bằng tia laser xuyên qua không trung xuất hiện nhưng chịu ảnh hưởng củathời tiết, máy phát và phải nhìn thấy nhau, tia laser nguy hiểm cho mắt người…nênviệc sử dụng bị hạn chế
Laser bán dẫn xuất hiện vào năm 1962 cùng với sợi quang giá thành hạ lần đầutiên được chế tạo vào năm 1970 làm cho thông tin quang trở thành hiện thực Ánhsáng được ghép từ laser bán dẫn vào sợi quang và truyền trong sợi quang theo nguyên
lý phản xạ nội toàn phần nên khắc phục được các nhược điểm của thông tin bằng tialaser Trong những năm 1970 laser bán dẫn GaAs/GaAlAs phát ở vùng hồng ngoại gần0.8μm đã được chế tạo và sử dụng cho thông tin quang sợi Năm 1980 các hệ thốngthông tin quang sợi thế hệ đầu tiên được đưa vào hoạt động (tốc độ 45Mb/s và khoảngcách lặp 10km)
Đầu những năm 80, hệ thống thông tin quang thế hệ thứ hai sử dụng laser1310nm bắt đầu được sử dụng Thời gian đầu, tốc độ bít chỉ đạt 100Mb/s do tán sắcsợi đa mode Khi sợi đơn mode được đưa vào sử dụng, tốc độ bít đã được tăng lên rấtcao Năm 1987, hệ thống thông tin quang 1310nm có tốc độ bít 1.7Gb/s với khoảngcách lặp 50km đã có mặt trên thị trường
Thế hệ thứ ba của các hệ thống thông tin quang sợi hoạt động ở vùng sóng1.55μm với tốc độ bít 2.5Gb/s và khoảng cách lặp 60 ÷ 70km Khi sử dụng các loại sợiquang bù tán sắc và làm phẳng tán sắc, khoảng cách lặp sẽ tăng lên
Thế hệ thứ tư của thông tin cáp quang là sử dụng khuyếch đại quang để tăngkhoảng cách lặp và ghép nhiều bước sóng trong một sợi quang để tăng tốc độ bít trongsợi quang Khuyếch đại quang sợi pha tạp Erbium (EDFA) có khả năng bù công suấtcho suy hao quang trong các khoảng cách lớn hơn 100km Năm 1991 lần đầu tiên hệ
Trang 2thống thông tin quang có EDFA được thử nghiệm truyền tín hiệu số tốc độ 2.5Gb/strên khoảng cách 21000km và 5Gb/s trên khoảng cách 14300km Năm 1996 hệ thốngthông tin quang quốc tế dưới biển đã được lặp đặt, năm 1997 đường cáp quang vòngquanh thê giới dưới biển dài 27300km đã được đưa vào hoạt động kết nối nhiều nước
ở châu Âu, châu Á với tốc độ 5Gb/s và ở vài nơi tới 10Gb/s
Sử dụng công nghệ ghép nhiều bước sóng trên một sợi quang (WDM) làm tăngdung lượng thông tin quang một cách đáng kể Trong năm 1996 đã thử nghiệm tuyếntruyền dẫn 20 bước sóng quang với tốc độ bít của từng bước sóng là 5Gb/s trênkhoảng cách 9100km, tốc độ bít của tuyến đã đạt 100Gb/s Năm 2000 hệ thống TPC-6xuyên Đại Tây Dương có tốc độ bít 100Gb/s đã được đưa vào hoạt động
Thế hệ thứ năm của hệ thống thông tin quang dựa trên cơ sở giải quyết vấn đề tán sắctrong sợi quang Khuyếch đại quang đã giải quyết rất hoàn hảo sự suy hao trong sợinhưng không giải quyết được vấn đề tán sắc Giải pháp tốt nhất để giải quyết vấn đềtán sắc là sử dụng hiệu ứng Soliton quang Hiệu ứng Soliton quang là hiệu ứng phituyến trong sợi quang Chúng dựa trên cơ sở tương tác bù trừ tán sắc của các thànhphần quang trong một xung quang cực ngắn được truyền trong sợi quang không có suy hao
Năm 1994 hệ Soliton thử nghiệm truyền tín hiệu 10Gb/s trên khoảng cách35000km và 15Gb/s trên khoảng cách 24000km Năm 1996 hệ thống WDM có 7 bướcsóng truyền Soliton trên khoảng cách 9400km với tốc độ bít 70Gb/s
Ngày nay, các mạng thông tin hoàn toàn quang đang được nghiên cứu mạnh mẽnhằm tăng hơn nữa tốc độ thông tin Các hệ thống thông tin quang đã được ứng dụngrộng rãi trên thế giới Chúng đáp ứng được cả tín hiệu tương tự và số Chúng cho phéptruyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp và băng rộng, đáp ứng mọi nhu cầu củamạng số hoá liên kết đa dịch vụ (ISDN) Số lượng cáp quang hiện nay được lắp đặttrên thế giới với số lượng lớn, đủ mọi tốc độ truyền dẫn với các cự ly khác nhau, cáccấu trúc mạng đa dạng Nhiều nước lấy cáp quang làm môi trường truyền dẫn chínhcho mạng viễn thông Các hệ thống thông tin quang sẽ là mũi đột phá về tốc độ, cự lytruyền dẫn và cấu trúc linh hoạt cho dịch vụ viễn thông cấp cao
1.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang
Hệ thống thông tin quang sợi cũng giống như hệ thống thông tin quang khác baogồm bốn thành phần cơ bản là máy phát quang, máy thu quang, môi trường truyền vàtín hiệu thông tin (tín hiệu lối vào, tín hiệu lối ra như trên hình 1.1)
Trang 3Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của một hệ thống thông tin quang
Vai trò của bộ phát quang là biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang và đưatín hiệu quang vào sợi quang Linh kiện chính của bộ phát quang là nguồn phát quang:
hệ thống thông tin quang sợi thường sử dụng các bộ nguồn phát quang bán dẫn là diốtphát quang (LED) và laser bán dẫn Môi trường truyền dẫn quang chia làm hai loại:truyền trong sợi quang và truyền trong không gian Để tăng khoảng cách truyền bị giớihạn bởi sự suy hao trong sợi quang người ta có thể sử dụng các bộ lặp hoặc các bộkhuyếch đại quang sợi Bộ lặp có nhiệm vụ thu tín hiệu quang, biến đổi quang - điện(O/E), sửa lại xung điện, khuyếch đại tín hiệu và biến đổi điện - quang (E/O) trở lại.Những hệ thống thông tin quang hiện đại chủ yếu sử dụng các bộ khuyếch đại quangsợi pha Erbium (EDFA),bộ khuếch đại Raman các bộ khuyếch đại Raman khuyếchđại trực tiếp tín hiệu quang và có nhiều ưu việt so với các bộ lặp Tín hiệu quang ở đầuphía bên kia của hệ thống được thu bởi máy thu quang Vai trò của bộ thu quang làchuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và phục hồi các số liệu đã truyền qua hệthông thông tin quang Linh kiện chủ yếu trong bộ thu quang là các photodiode có cấutrúc và vật liệu chế tạo thích hợp cho băng tần và bước sóng cần thu
1.3 Ưu điểm của hệ thống thông tin quang
- Dung lượng lớn: Các sợi quang có khả năng truyền những lượng lớn thông tin.Với công nghệ hiện nay trên hai sợi quang có thể truyền được đồng thời 60.000 cuộcđàm thoại Một cáp sợi quang (có đường kính ngoài 2 cm) có thể chứa được khoảng
200 sợi quang, sẽ tăng được dung lượng đường truyền lên 6.000.000 cuộc đàm thoại
So với các phương tiện truyền dẫn bằng dây thông thường, một cáp lớn gồm nhiều đôidây có thể truyền được 500 cuộc đàm thoại Một cáp đồng trục có khả năng với 10.000cuộc đàm thoại và một tuyến viba hay vệ tinh có thể mang được 2000 cuộc gọi đồngthời
- Kích thước và trọng lượng nhỏ: So với một cáp đông có cùng dung lượng, cápsợi quang có đường kính nhỏ hơn và khối lượng nhẹ hơn nhiều Do đó dễ lắp đặt hơn,đặc biệt ở những vị trí có sẵn dành cho cáp
- Không bị nhiễu điện: Truyền dẫn bằng sợi quang không bị ảnh hưởng bởinhiễu điện từ (EMI) hay nhiễu tần số vô tuyến (RFI) và nó không tạo ra bất kỳ sựnhiễu nội tại nào Sợi quang có thể cung cấp một đường truyền “sạch” ở những môitrường khắc nghiệt nhất Các công ty điện lực sử dụng cáp quang, dọc theo các đường
Máy phát quang
Môi trường truyền
Máy thu quang
Tín hiệu
lối vào
Tín hiệu lối ra
Trang 4dây điện cao thế để cung cấp đường thông tin rõ ràng giữa các trạm biến áp Cáp sợiquang cũng không bị xuyên âm Thậm chí dù ánh sáng bị bức xạ ra từ một sợi quangthì nó không thể thâm nhập vào sợi quang khác được
- Tính cách điện: Sợi quang là một vật cách điện Sợi thủy tinh này loại bỏ nhucầu về các dòng điện cho đường thông tin Cáp sợi quang làm bằng chất điện môi thíchhợp không chứa vật dẫn điện và có thể cho phép cách điện hoàn toàn cho nhiều ứngdụng Nó có thể loại bỏ được nhiễu gây bởi các dòng điện chạy vòng dưới đất haynhững trường hợp nguy hiểm gây bởi sự phóng điện trên các đường dây thông tin nhưsét hay những trục trặc về điện Đây thực sự là một phương tiện an toàn thường đượcdùng ở nơi cần cách điện
- Tính bảo mật: Sợi quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao Một sợi quangkhông thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường như
sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thông tin ở dạngtín hiệu quang Các tia sáng truyền lan ở tâm sợi quang và rất ít hoặc không có tia nàothoát khỏi sợi quang đó Thậm chí nếu đã trích vào sợi quang được rồi thì nó có thể bịphát hiện nhờ kiểm tra công suất ánh sáng thu được tại đầu cuối Trong khi các tínhiệu thông tin vệ tinh và viba có thể dễ dàng thu để giải mã được
- Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡng: Sợi quang là một phương tiện truyền dẫnđồng nhất và không gây ra hiện tượng pha-đinh Những tuyến cáp quang được thiết kếthích hợp có thể chịu đựng được những điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt vàthậm chí có thể hoạt động ở dưới nước Sợi quang có thời gian hoạt động lâu, khoảng
20 – 30 năm Yêu cầu về bảo dưỡng đối với một hệ thống cáp quang là ít hơn so vớiyêu cầu của một hệ thống thông thường do cần ít bộ lặp điện hơn trong một tuyếnthông tin
- Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết cácdạng thông tin số liệu, thoại và video Các hệ thống này đều có thể tương thích với cácchuẩn RS.232, RS422, V.35, Ethernet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet, thoại 2/4 dây, tín hiệuE/M, video tổng hợp và còn nhiều nữa
- Tính mở rộng: Các hệ thống sợi quang được thiết kế thích hợp có thể dễ dàngđược mở rộng khi cần thiết Một hệ thống dùng cho tốc độ số liệu thấp, ví dụ T1 (I 544Mb/s) có thể được nâng cấp trở thành một hệ thống tốc độ số liệu cao hơn, OC-12 (622Mb/s), bằng cách thay đổi các thiết bị điện tử Hệ thống cáp sợi quang có thế vẫn đượcgiữ nguyên như cũ
- Sự tái tạo tín hiệu: Công nghệ ngày nay cho phép thực hiện những đườngtruyền thông bằng cáp quang dài trên 70 km trước khi cần tái tạo tín hiệu, khoảng cáchnày còn có thể tăng lên tới 150 km nhờ sử dụng các bộ khuếch đại laze Trong tương
Trang 5lai, công nghệ có thể mở rộng khoảng cách này lên tới 200 km và có thể 1000 km Chiphí tiết kiệm được do sử dụng ít các bộ lắp trung gian và việc bảo dưỡng chúng có thể
là khá lớn Ngược lại, các hệ thống cáp điện thông thường cứ vài km có thể đã cần cómột bộ lặp
- Suy hao thấp: sự phát triển của sợi quang qua nhiều năm đã đạt đươck kết quả trong việc chế tạo sợi quang có độ suy hao rất thấp Sợi quang được chế tạo với độ suyhao 0.2dB/km và đặc tính này trở thành lợi thế chính của thông tin quang Điều này thuận lợi cho việc đặt bộ khuyếch đại cho mỗi khoảng cách trên đường truyền mà không cần chuyển sang tín hiệu điện ở bước trung gian, do đó giảm được giá thành và
cả độ phức tạp của hệ thống
2 Tổng quan về khuếch đại quang
Đối với tín hiệu quang, khi khoảng cách truyền dẫn lớn, sự suy giảm tín hiệu làkhông thể tránh khỏi Suy hao của sợi quang là nguyên nhân giới hạn cự ly truyền củacác hệ thống thông tin quang Giới hạn về suy hao được khắc phục bằng cách sử dụngcác trạm lặp quang điện (optoelectronic repeater) Trong các trạm lặp quang điện này,quá trình khuyếch đại tín hiệu quang được thực hiện qua nhiều bước Đầu tiên tín hiệuquang sẽ được biến đổi thành dòng điện bởi các bộ thu quang (optical receiver) sửdụng linh kiện tách sóng quang như PIN hay PAD Dòng quang điện thu được sẽ đượctái tạo lại dạng xung, định thời và khuyếch đại bởi các mạch phục hồi tín hiệu và mạchkhuyếch đại Sau đó, tín hiệu điện sẽ được biến đổi thành tín hiệu quang thông qua cácnguồn quang trong bộ phát quang (optical transmitter) và được truyền đi trong sợiquang Như vậy, quá trình khuyếch đại tín hiệu được thực hiện trên miền điện
Hình 2.1 Bộ lặp quang điện
Các trạm lặp quang điện đã được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyềndẫn quang một bước sóng như hệ thống truyền dẫn quang SDH Tuy nhiên, khi sửdụng cho các hệ thống truyền dẫn đa bước song như hệ thống WDM, rất nhiều trạmlặp quang điện cần được sử dụng để khuyếch đại và tái tạo các kênh quang có bướcsóng khác nhau Điều này làm tăng độ phức tạp cũng như tăng giá thành của hệ thốngtruyền dẫn quang WDM
Trang 6Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, người ta thực hiện được quátrình khuyếch đại trực tiếp tín hiệu quang mà không cần phải thông qua quá trình biếnđổi về tín hiệu điện, đó gọi là kỹ thuật khuyếch đại quang (Optical Amplifier) Kỹthuật khuyếch đại quang ra đời đã khắc phục được nhiều hạn chế của trạm lặp So vớicác trạm lặp, các bộ khuyếch đại quang có các ưu điểm sau:
- Khuyếch đại trực tiếp tín hiệu quang, không có mạch tái tạo thời gian haymạch phục hồi (các bộ biến đổi E/O hoặc O/E) Do đó khuyếch đại quang sẽ trở nênlinh hoạt hơn
- Không phụ thuộc vào tốc độ bít và phương pháp điều chế tín hiệu nên nângcấp hệ thống đơn giản hơn
- Khuyếch đại nhiều tín hiệu có bước sóng khác nhau cùng truyền trên một sợiquang
- Việc nghiên cứu khuyếch đại quang ngày càng phát triển và được ứng dụngrộng rãi Có nhiều xu hướng nghiên cứu về bộ khuyếch đại quang, và trong thời gianqua các nghiên cứu thành công chủ yếu tập trung vào hai loại chính:
- Khuyếch đại quang bán dẫn SOA (Optical Semiconductor Amplifier)
- Khuyếch đại quang sợi pha tạp Erbium (Erbium Doped Fiber Amplifier) Tuy nhiên, do yêu cầu nâng cấp mạng thông tin quang DWDM lên hàng trămkênh, việc nghiên cứu phát triển các loại khuếch đại quang khác đã được đẩy mạnh,trong đó khuếch đại quang trên cơ sở hiệu ứng tán xạ Raman cưỡng bức (ROA) đượcđặc biệt quan tâm trên thế giới
2.1 Vai trò của khuếch đại quang trong hệ thống thông tin quang
Như ta đã biết trên các tuyến thông tin quang truyền thống khi cự li truyền dẫn dàidẫn đến suy hao lớn Khi suy hao truyền dẫn vượt quá giới hạn cho phép thì phải cócác trạm lặp để khuếch đại tín hiệu thông qua các quá trình biến đổi quang - điện, điện
- quang Điều này có nghĩa là khi tí hiệu quang rất yếu không thể truyền đi xa đượcnữa thì các trạm lặp sẽ thu lại và biến đổi thành tín hiệu điện sau đó tiến hành khuếchđại, chuẩn lại thời gian, tái tạo lại dagnj tín hiệu điện rồi lại biến đổi trở lại dạng tínhiệu quang để tiếp tục truyền đi Các trạm lặp này đẫ được ứng dụng rất rộng rãi vàđược lắp đặt ở nhiều nơi trên thế giới Gần đây Với sự phát triển của khoa học trongcông nghệ thông tin quang, người ta thực hiện được quá trình khuếch địa trực tiếp tínhiệu ánh sáng mà không cần phải qua quá trình biến đổi quang điện nào Điều này cóđược là nhờ kỹ thuật khuếch đại quang ra đời khắc phục được những hạn chế cơ bảncủa các trạm lặp như: Băng tần, cấu trúc phức tạp, tính phụ thuộc vào dòng tín hệu,cấp nguồn, ảnh hưởng của nhiễu điện…Nhờ việc áp dụng các bộ khuếch đại quangvào trong hệ thống thông tin quang đang mở ra nhiều ý tưởng lớn cho quá trình phát
Trang 7triển hệ thống thông tin dùng khuếch đại quang từ đó tiến tới cách mạng quang hoáhoàn toàn, cho phép mở rộng các dịch vụ đa truy nhập với tốc độ cao
2.2 Nguyên lý bộ khuếch đại quang
Nguyên lý khuếch đại quang dựa trên nguyên lý phát xạ kích thích và không cócộng hưởng trong khuếch đại
Hiện tượng phát xạ kích thích là một trong ba hiện tượng biến đổi quang điệnđược ứng dụng trong thông tin quang.Các hiện tượng này được minh hoạ trong hình:
Hình 2.2 Các hiện tượng biến đổi quang điện
Hiện tượng hấp thụ xảy ra khi có ánh sáng tới có năng lượng Ev =hf12 tác độngvào vật liệu có độ rộng vùng cấm Eg =E2-E1 bằng nhauEv=Eg) Khi đó, điện tử sẽ nhậnnăng lượng và được nhẩy lên mức năng lượng cao hơn Đây chính là nguyên nhânchính gây ra hiện tượng suy hao cho tín hiệu quang
Hiện tượng phát xạ tự phát xảy ra khi một điện tử ở mức năng lượng caochuyển xuống mức năng lượng thấp, đồng thời phát ra một photon có mức năng lượng
Ev bằng độ lớn dải cấm Eg Mỗi một vật liệu sẽ có một thời gian sống khác nhau, khihết thời gian sống nó sẽ thực hiện bức xạ tự phát Đây chính là nguyên nhân gây ranhiễu của bộ khuếch đại
Hiện tượng phát xạ kích thích xảy ra khi có một ánh sáng có năng lượng photon
Ev chính bằng năng lượng dải cấm Eg Khi đó, một điện tử ở mức năng lượng cao sẽ bịchuyển xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon có cùng pha với ánh sángkích thích Đây chính là nguyên lý khuếch đại của bộ khuếch đại quang
Có thể dễ dàng nhận thấy rằng, hiện tượng bức xạ tự phát có thể xảy ra bất kýlúc nào, và sẽ gây ra nhiễu cho bộ khuếch đại, được gọi là nhiễu tự phát(ASE) Hiệntượng hấp thụ thì sẽ gây ra suy yếu bộ khuếch đại Như vậy, nếu mật độ năng lượngtrong vật liệu khuếch đại là thấp sẽ gây ra hiện tượng hấp thụ lớn Điều đó dẫn đến,nếu muốn khuếch đại lớn chúng ta phải thực hiện đảo mật độ hạt
Trang 82.3 Ứng dụng của khuyếch đại quang
Hình 2.3 Các ứng dụng khuếch đại
a) Khuếch đại công suất(Booster Amplifier)
b) Khuếch đại trên tuyến (in-line amplifỉer)
c) Bộ tiền khuếch đại(Preamplifier)
Khuếch đại quang được ứng dụng trong các hệ thống truyền dẫn quang như các
bộ khuếch đại nhằm làm tăng công suất của tín hiệu quang trên đường truyền, khắcphục suy hao do sợi quang và các mối hàn, nối xảy ra trên đường truyền Tuỳ theo vịtrí lắp đặt, các bộ khuếch đại trên tuyến truyền dẫn quang được chia làm ba loại:
Khuếch đại công suất (Booster Amplifier): là bộ khuếch đại quang được đặtngay sau thiết bị phát nhằm mục đích làm tăng công suất quang đến mức cao nhất đểlàm cho khoảng cách truyền cực đại Yêu cầu của các bộ khuếch đại công suất là tạo racông suất đầu ra cực đại chứ không phải độ lợi cực đại vì công suất tín hiệu ngõ vàolớn
Khuếch đại trên tuyến (In-line Amplifier): là bộ khuếch đại quang được đặtngay trên tuyến quang nhằm mục đích bù mất mát công suất gây ra bởi suy hao sợi,suy hao do kết nối và suy hao do việc phân phối tín hiệu quang trong mạng Các bộkhuếch đại đường dây có thể được lắp đặt nối tiếp nhau trên đường truyền để làm giatăng khoảng cách lắp đặt Tuy nhiên, việc lắp đặt nối tiếp các bộ khuếch đại quang sẽlàm giảm hệ số SNR ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống truyền dẫn quang
Tiền khuếch đại (Preamplifier): là các bộ khuếch đại quang được đặt ngay trướcthiết bị thu quang nhằm khuếch đại tín hiệu ngay trước khi tin hiệu được đưa vào thiết
bị Điều này làm giảm yêu cầu nghiêm ngặt của bộ nhạy thiết bị thu và cho phép hệthống truyền dẫn quang hoạt động với tốc độ bit cao hơn Do vị trí lắp đặt, các bộ tiền
Trang 9khuếch đại hoạt động với công suất tín hiệu vào yếu và mức nhiễu ở đầu thu cao Dovậy, yêu cầu của bộ tiền khuếch đại là độ nhạy lớn, hệ số G trung bình nhưng thông sốnhiễu phải rất thấp Khuếch đại quang Raman có thông số nhiễu nhỏ, vì vậy chúngluôn được sử dụng cho tiền khuếch quang.
Tuy nhiên khuyếch đại quang chỉ bù được công suất quang đã bị suy hao trongtuyến truyền dẫn Do khuyếch đại quang không cải thiện được các tạp âm, tán sắc vàcác hiệu ứng quang phi tuyến, cho nên tuyến thông tin quang sử dụng khuyếch đạiquang vẫn bị hạn chế về khoảng cách do các hiệu ứng nêu trên tạo ra
Sử dụng khuyếch đại quang trong hệ thống thông tin quang đa bước sóngWDM có ý nghĩa công nghệ quan trọng vì khuyếch đại quang có thể khuyếch đại tất
cả các bước sóng tới trong băng tần khuyếch đại
2.4 Các thông số chính của sợi quang
2.4.1 Hệ số độ lợi, hệ số khuếch đại
Hầu hết các bộ khuếch đại quang đều được thực hiện thông qua hiệu ứng bức xạkích thích Khuếch đại đạt được khi bộ khuếch đại quang thực hiện bơm quang, haybơm điện để đảo lộn mật độ Nhìn chung khuếch đại quang không chỉ phụ thuộc vàobước sóng truyền mà còn phụ thuộc vào cường độ bơm,mật độ hạt có trong vật liệu.Chúng ta coi vật liệu là đồng nhất, ta có được phương trình sau:
(1.1)
Trong đó g0 là giá trị đỉnh của độ lợi, ω là tần số của tín hiệu quang tới, ω0 là tần
số truyền trung tâm, P là công suất của tín hiệu được khuếch đại Ps là công suất bãohoà Công suất bão hoà Ps phụ thuộc vào các tham số của môi trường khuếch đại Hệ
số T2 trong phương trình 1.1 được gọi là thời gian hồi phục phân cực, thường nhỏ hơn
1 ps Phương trình 1.1 có thể dùng mô tả các đặc tính quan trọng của bộ khuếch đạinhư là băng tần độ lợi, hệ số khuếch đại và công suất đầu ra bão hoà
Ở chế dộ chưa bão hoà, coi P/Ps <<1, khi đó phương trình 1.1 trở thành:
Trang 10G= (1.3)
Hệ số khuếch đại là một thông số quan trọng của bộ khuyếch đại Nó đặc trưngcho khả năng khuyếch đại công suất ánh sáng của bộ khuyếch đại Tuy nhiên, hệ sốkhuếch đại của một bộ khuyếch đại bị giới hạn bởi các cơ chế bão hoà khuếch đại.Điều này làm giới hạn công suất quang ra cực đại của bộ khuyếch đại
Mặt khác ta lại có công thức sau
(1.4)
Suy ra:
P(z) = Pin exp(gz) (1.5)Với P(z) là công suất tín hiệu tại vị trí z so với đầu vào
Giả sử khoảng rộng của bộ khuếch đại là L, khi đó Pout =P(L) Suy ra hệ sốkhuếch đại của tín hiệu quang có độ dài L là:
Hình 2.4 Mối tương quan hệ số khuếch đại và hệ số độ lợi
2.4.2 Băng thông độ lợi
Băng thông độ lợi được định nghĩa là =2/T2 hay là:
(1.7)
