1. Phân loạiFiberAbộ khuếch đại
Có ba loại bộ khuếch đại quang chính:
(1) Bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA, Bộ khuếch đại quang bán dẫn);
(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 các bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium (EDFA), cũng như các bộ khuếch đại sợi pha tạp chất thulium (TDFA) và bộ khuếch đại sợi pha tạp praseodymium (PDFA), v.v.
(3) Bộ khuếch đại sợi phi tuyến, chủ yếu là bộ khuếch đại Raman sợi (FRA, Fiber Raman Amplifier).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)
Một 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 đèn tín hiệu đầu vào được khuếch đại trực tiếp dưới tác động của đèn bơm.Sau khi cung cấp phản hồi thích hợp, laser sợi quang sẽ được hình thành.Bước sóng làm việc của bộ khuếch đại sợi pha tạp Nd là 1060nm và 1330nm, sự phát triển và ứng dụng của nó bị hạn chế do độ lệch so với cổng chìm tốt nhất của truyền thông cáp quang và các lý do khác.Các bước sóng hoạt động của EDFA và PDFA lần lượt nằm trong cửa sổ có độ suy hao thấp nhất (1550nm) và bước sóng phân tán bằng 0 (1300nm) của truyền thông cáp quang và TDFA hoạt động ở băng tần S, rất phù hợp cho các ứng dụng hệ thống truyền thông cáp quang. .Đặc biệt là EDFA, sự phát triển nhanh nhất, đã mang tính thực tế.
CácPnguyên tắc của EDFA
Cấu trúc cơ bản của EDFA được thể hiện trong Hình 1(a), chủ yếu bao gồm môi trường hoạt động (sợi silica pha tạp erbium 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 (990 hoặc 1480nm LD), bộ ghép quang và bộ cách ly quang.Đèn tín hiệu và đèn bơm có thể truyền theo cùng một hướng (bơm đồng hướng), ngược chiều nhau (bơm ngược) hoặc cả hai hướng (bơm hai chiều) trong sợi erbium.Khi đèn tín hiệu và đèn bơm được đưa vào sợi erbium cùng lúc, các ion erbium bị kích thích lên mức năng lượng cao dưới tác động của đèn bơm (Hình 1 (b), hệ thống ba cấp độ), và nhanh chóng phân rã đến mức năng lượng siêu bền, khi trở về trạng thái cơ bản dưới tác dụng của đèn tín hiệu tới, nó phát ra các photon tương ứng với đèn tín hiệu, nhờ đó tín hiệu được khuếch đại.Hình 1 (c) là phổ phát xạ tự phát khuếch đại (ASE) của nó với băng thông lớn (lên tới 20-40nm) và hai đỉnh tương ứng với 1530nm và 1550nm.
Ưu điểm chính của EDFA là độ lợi cao, băng thông lớn, công suất đầu ra cao, hiệu suất bơm cao, tổn thất chèn thấp và không nhạy cảm với trạng thái phân cực.
2. Sự cố với Bộ khuếch đại sợi quang
Mặc dù bộ khuếch đại quang (đặc biệt là EDFA) có nhiều ưu điểm vượt trội nhưng nó không phải là bộ khuếch đại lý tưởng.Ngoài nhiễu bổ sung làm giảm SNR của tín hiệu, còn có một số nhược điểm khác 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 các bộ khuếch đại quang được ghép tầng, các ảnh hưởng của nhiễu ASE, tán sắc sợi quang và hiệu ứng phi tuyến sẽ tích tụ.
Những vấn đề này phải được xem xét trong ứng dụng và thiết kế hệ thống.
3. Ứng dụng bộ khuếch đại quang trong hệ thống thông tin sợi quang
Trong hệ thống thông tin sợi quang,Bộ khuếch đại sợi quangcó thể được sử dụng không chỉ như một bộ khuếch đại tăng 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 đường truyền khoảng cách và thực hiện truyền thông toàn quang.
Trong hệ thống thông tin sợi quang, các yếu tố chính hạn chế khoảng cách truyền dẫn là sự suy hao và phân tán của sợi quang.Sử dụng nguồn sáng phổ hẹp hoặc làm việc gần bước sóng có độ phân tán bằng 0, ảnh hưởng của độ phân tán sợi 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 hệ thống WDM, để khuếch đại đồng thời nhiều kênh.
1) Ứng dụng bộ khuếch đại quang trong hệ thống thông tin sợi quang trung kế
Hình 2 là sơ đồ ứng dụng của bộ khuếch đại quang trong hệ thống thông tin sợi quang trung kế.(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 chuyển tiếp được tăng gấp đôi.Ví dụ: áp dụng EDFA, hệ thống truyền tải khoảng cách 1,8Gb/s tăng từ 120km lên 250km hoặc 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 chuyển tiếp hỗn hợp của bộ lặp 3R và bộ khuếch đại quang;Hình 2 (d) Đây là chế độ rơle toàn quang;trong một hệ thống truyền thông toàn quang, nó không bao gồm các mạch định thời gian và tái tạo, do đó nó trong suốt bit và không có hạn chế về "râu 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 Bộ khuếch đại quang trong Mạng phân phối cáp quang
Ưu điểm đầu ra công suất cao của bộ khuếch đại quang (đặc biệt là EDFA) rất hữu ích trong các mạng phân phối băng thông rộng (chẳng hạn nhưCATVMạng).Mạng CATV truyền thống sử dụng cáp đồng trục, cần được khuếch đại cứ sau vài trăm mét và bán kính phục 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 cho thấy việc phân phối cáp quang/hybrid (HFC) thu hút được thế mạnh của cả hai và có khả năng cạnh tranh mạnh mẽ.
Hình 4 là ví dụ về mạng phân phối cáp quang để điều chế AM-VSB của 35 kênh TV.Nguồn sáng của máy phát là DFB-LD có bước sóng 1550nm và công suất đầu ra 3,3dBm.Sử dụng EDFA 4 cấp làm bộ khuếch đại phân phối công suất, công suất đầu vào của nó khoảng -6dBm và công suất đầu ra của nó khoảng 13dBm.Độ nhạy thu quang -9,2d Bm.Sau 4 cấp độ phân phối, tổng số người dùng đã lên tới 4,2 triệu và đường dẫn mạng dài hơn hàng chục km.Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm có trọng số của thử nghiệm lớn hơn 45dB và EDFA không làm giảm CSO.
Thời gian đăng: 23-04-2023