1. Phân loạiFngười da đenAbộ khuếch đại
Có ba loại bộ khuếch đại quang chính:
(1) Bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA, Semiconductor Optical Amplifier);
(2) Bộ khuếch đại sợi quang được pha tạp các nguyên tố đất hiếm (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, rubidium Nd, v.v.), chủ yếu là bộ khuếch đại sợi quang được pha tạp erbium (EDFA), cũng như bộ khuếch đại sợi quang pha tạp thulium (TDFA) và bộ khuếch đại sợi quang pha tạp praseodymium (PDFA), v.v.
(3) Bộ khuếch đại sợi quang phi tuyến tính, chủ yếu là bộ khuếch đại Raman sợi quang (FRA, Bộ khuếch đại Raman sợi quang). So sánh hiệu suất chính của các bộ khuếch đại quang này được thể hiện trong bảng
EDFA (Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium)
Hệ thống laser đa cấp có thể được hình thành bằng cách pha tạp sợi thạch anh với các nguyên tố đất hiếm (như Nd, Er, Pr, Tm, v.v.), và ánh sáng tín hiệu đầu vào được khuếch đại trực tiếp dưới tác động của ánh sáng bơm. Sau khi cung cấp phản hồi thích hợp, một laser sợi quang được hình thành. Bước sóng làm việc của bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Nd là 1060nm và 1330nm, và sự phát triển và ứng dụng của nó bị hạn chế do độ lệch so với cổng chìm tốt nhất của truyền thông sợi quang và các lý do khác. Bước sóng hoạt động của EDFA và PDFA lần lượt nằm trong cửa sổ có tổn thất thấp nhất (1550nm) và bước sóng phân tán bằng không (1300nm) của truyền thông sợi quang, và TDFA hoạt động trong băng tần S, rất phù hợp cho các ứng dụng hệ thống truyền thông sợi quang. Đặc biệt EDFA, sự phát triển nhanh nhất, đã trở nên thiết thực.
CácPnguyên lý EDFA
Cấu trúc cơ bản của EDFA được thể hiện trong Hình 1(a), chủ yếu bao gồm một môi trường hoạt động (sợi silica pha tạp erbi dài khoảng hàng chục mét, với đường kính lõi 3-5 micron và nồng độ pha tạp là (25-1000)x10-6), nguồn sáng bơm (LD 990 hoặc 1480nm), bộ ghép quang và bộ cách ly quang. Ánh sáng tín hiệu và ánh sáng bơm có thể lan truyền theo cùng một hướng (bơm đồng hướng), ngược hướng (bơm ngược) hoặc cả hai hướng (bơm song hướng) trong sợi erbi. Khi ánh sáng tín hiệu và ánh sáng bơm được đưa vào sợi erbi cùng một lúc, các ion erbi bị kích thích lên mức năng lượng cao dưới tác động của ánh sáng bơm (Hình 1(b), một hệ thống ba mức), và nhanh chóng phân rã thành mức năng lượng bán bền, khi trở về trạng thái cơ bản dưới tác động của ánh sáng tín hiệu tới, nó phát ra các photon tương ứng với ánh sáng tín hiệu, do đó tín hiệu được khuếch đại. Hình 1 (c) là phổ phát xạ tự phát (ASE) khuếch đại của nó với băng thông lớn (lên đến 20-40nm) và hai đỉnh tương ứng với 1530nm và 1550nm.
Ưu điểm chính của EDFA là độ khuếch đại cao, băng thông lớn, công suất đầu ra cao, hiệu suất bơm cao, suy hao chèn thấp và không nhạy cảm với trạng thái phân cực.
2. Các vấn đề với Bộ khuếch đại quang sợi
Mặc dù bộ khuếch đại quang (đặc biệt là EDFA) có nhiều ưu điểm nổi bật, nhưng nó không phải là bộ khuếch đại lý tưởng. Ngoài tiếng ồn bổ sung làm giảm SNR của tín hiệu, còn có một số nhược điểm khác, chẳng hạn như:
- Sự không đồng đều của phổ khuếch đại trong băng thông bộ khuếch đại ảnh hưởng đến hiệu suất khuếch đại đa kênh;
- Khi bộ khuếch đại quang được ghép nối tiếp, các tác động của nhiễu ASE, sự phân tán sợi quang và các hiệu ứng phi tuyến tính sẽ tích tụ.
Những vấn đề này phải được xem xét trong thiết kế ứng dụng và hệ thống.
3. Ứng dụng của bộ khuếch đại quang trong hệ thống thông tin sợi quang
Trong hệ thống truyền thông sợi quang,Bộ khuếch đại quang sợicó thể được sử dụng không chỉ như một bộ khuếch đại tăng cường công suất của máy phát để tăng công suất truyền mà còn như một bộ tiền khuếch đại của máy thu để cải thiện độ nhạy thu và cũng có thể thay thế bộ lặp quang-điện-quang truyền thống, để mở rộng khoảng cách truyền và thực hiện giao tiếp toàn quang.
Trong các hệ thống truyền thông cáp quang, các yếu tố chính hạn chế khoảng cách truyền là suy hao và phân tán của sợi quang. Sử dụng nguồn sáng phổ hẹp hoặc hoạt động gần bước sóng phân tán bằng không, ảnh hưởng của phân tán sợi quang là nhỏ. Hệ thống này không cần thực hiện tái tạo thời gian tín hiệu hoàn chỉnh (rơle 3R) tại mỗi trạm chuyển tiếp. Chỉ cần khuếch đại trực tiếp tín hiệu quang bằng bộ khuếch đại quang (rơle 1R) là đủ. Bộ khuếch đại quang có thể được sử dụng không chỉ trong các hệ thống đường trục đường dài mà còn trong các mạng phân phối cáp quang, đặc biệt là trong các hệ thống WDM, để khuếch đại nhiều kênh cùng một lúc.
1) Ứng dụng của bộ khuếch đại quang trong hệ thống thông tin sợi quang Trunk
Hình 2 là sơ đồ ứng dụng của bộ khuếch đại quang trong hệ thống thông tin sợi quang thân. (a) hình ảnh cho thấy bộ khuếch đại quang được sử dụng làm bộ khuếch đại tăng công suất của máy phát và bộ tiền khuếch đại của máy thu để khoảng cách không tiếp sức được nhân đôi. Ví dụ, áp dụng EDFA, hệ thống truyền Khoảng cách 1,8Gb/giây tăng từ 120km lên 250km thậm chí đạt tới 400km. Hình 2(b)-(d) là ứng dụng của bộ khuếch đại quang trong hệ thống đa rơle; Hình (b) là chế độ rơle 3R truyền thống; Hình (c) là chế độ rơle hỗn hợp của bộ lặp 3R và bộ khuếch đại quang; Hình 2(d) Đây là chế độ rơle toàn quang; trong hệ thống truyền thông toàn quang, không bao gồm mạch thời gian và mạch tái tạo, do đó, nó trong suốt bit và không có hạn chế “râu ria chai điện tử”. Chỉ cần thay thế thiết bị gửi và nhận ở cả hai đầu, có thể dễ dàng nâng cấp từ tốc độ thấp lên tốc độ cao và không cần thay thế bộ khuếch đại quang.
2) Ứng dụng của bộ khuếch đại quang trong mạng lưới phân phối cáp quang
Ưu điểm về công suất đầu ra cao của bộ khuếch đại quang (đặc biệt là EDFA) rất hữu ích trong các mạng phân phối băng thông rộng (nhưTruyền hình cápMạng). Mạng CATV truyền thống sử dụng cáp đồng trục, cần phải khuếch đại sau mỗi vài trăm mét và bán kính dịch vụ của mạng là khoảng 7km. Mạng CATV cáp quang sử dụng bộ khuếch đại quang không chỉ có thể tăng đáng kể số lượng người dùng phân tán mà còn mở rộng đáng kể đường dẫn mạng. Những phát triển gần đây đã chỉ ra rằng việc phân phối cáp quang/lai (HFC) tận dụng được thế mạnh của cả hai và có khả năng cạnh tranh mạnh mẽ.
Hình 4 là một ví dụ về mạng phân phối sợi quang để điều chế AM-VSB của 35 kênh truyền hình. Nguồn sáng của máy phát là DFB-LD có bước sóng 1550nm và công suất đầu ra là 3,3dBm. Sử dụng EDFA 4 mức làm bộ khuếch đại phân phối công suất, công suất đầu vào của nó là khoảng -6dBm và công suất đầu ra của nó là khoảng 13dBm. Độ nhạy của bộ thu quang là -9,2d Bm. Sau 4 mức phân phối, tổng số người dùng đã đạt 4,2 triệu và đường dẫn mạng dài hơn hàng chục km. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu có trọng số của thử nghiệm lớn hơn 45dB và EDFA không gây ra sự giảm CSO.
Thời gian đăng: 23-04-2023