nghiên cứu về bộ khuếch đại ghép lai hfa và ứng dụng vào tuyến cáp quang vtn 80gbs nortel vih - đng

Tổng quan về hệ thống DWDM
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG WDM
1.1. Giới thiệu chương
Sự phát triển của công nghệ và các dịch vụ mới ngày nay như thoại video, truyền
hình, internet băng thông rộng đòi hỏi hệ thống thông tin quang cần phải có dung
lượng lớn để phục vụ nhu cầu. Từ đó đòi hỏi cần phải thiết lập mạng thông tin toàn
quang. Do đó hệ thống thông tin quang đa kênh ra đời với hai kĩ thuật ghép kênh chủ
yếu là OTDM và WDM.
Trong chương này trình bày về cấu trúc, nguyên lí hoạt động và các phương thức
truyền dẫn trong hệ thống WDM. Sau đó trình bày về dạng cải tiến của kĩ thuật WDM
đó là hệ thống DWDM, cụ thể sẽ trình bày khái niệm, quá trình phát triển và cấu tạo
của hệ thống thông tin quang DWDM.
1.2. Hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM
1.2.1. Khái niệm
Kĩ thuật ghép kênh quang phân chia theo bước sóng là kĩ thuật truyền dẫn đồng
thời nhiều bước sóng tín hiệu quang trong cùng 1 sợi quang.
Hệ thống WDM bao gồm: bộ phát/thu tín hiệu, bộ ghép/tách tín hiệu quang
MUX/DEMUX, các bộ khuếch đại và sợi quang truyền dẫn.
1.2.2. Nguyên lí cơ bản của ghép kênh quang theo bước sóng
Nguyên lí cơ bản của WDM là ghép tất các bước sóng khác nhau của nguồn phát
quang qua bộ ghép kênh Mux và truyền dẫn trên cùng một sợi quang, đầu thu bộ tách
kênh quang Demux sẽ phân tách và thu nhận các bước sóng đó.
Hình 1.1. Nguyên lí hoạt động của kĩ thuật ghép kênh WDM
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 9
Tổng quan về hệ thống DWDM
Các nguồn phát quang làm việc ở các bước sóng khác nhau λ
1
, λ
2
, , λ

n
,tín hiệu
quang ở các bước sóng khác nhau được ghép vào cùng một sợi dẫn quang nhờ bộ ghép
kênh MUX, sau đó sẽ được truyền dọc theo sợi quang để tới phía thu. Ở đầu thu, bộ
DEMUX nhận tín hiệu quang từ sợi và giải ghép các bước sóng thành các bước sóng
λ
1
,λ
2
, ,λ
n
.
1.2.3. Phân loại hệ thống WDM
Về cơ bản thì hệ thống WDM được chia thành hai loại là truyền dẫn một chiều và
truyền dẫn hai chiều.
1.3. Giới thiệu về hệ thống DWDM
Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao là một dạng cải tiến của kĩ thuật
ghép kênh WDM trên cơ sở sử dụng các bộ khuếch đại EDFA làm việc trong cửa sổ
hẹp khoảng 40nm xung quanh bước sóng 1550nm.
1.3.1. Cấu trúc hệ thống DWDM
Hình 1.2. Cấu trúc hệ thống DWDM
1.3.2. Các thành phần cơ bản của hệ thống DWDM
1.3.2.1. Sợi quang
1.3.2.1.1. Cấu trúc của sợi quang
Về cơ bản thì sợi quang bao gồm 2 lớp:
- Lớp trong có dạng hình trụ tròn làm bằng thuỷ tinh được gọi là lõi.
- Lớp ngoài cũng có dạng hình trụ bao quanh lõi được gọi là lớp bọc, thường làm
bằng thuỷ tinh hoặc plastic.
- Lớp bọc có chiết suất nhỏ hơn lõi sợi.
1.3.2.1.2. Phân loại sợi quang

Để phân loại sợi quang có thể dựa vào phân bố chiết hoặc số mode truyền trong
sợi quang.
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 10
Tổng quan về hệ thống DWDM
Các chuẩn của sợi đơn mode: ITU-T khuyến nghị sử dụng bốn chuẩn sợi quang
đơn mode G.652, G.653, G.654, G.655.
- G.652 (NDSF): Là chuẩn về sợi đơn mode thuộc tính tối ưu cho bước sóng
1310nm hay sợi quang có độ tán sắc không thay đổi.
- G.653 (DSF): Là chuẩn về sợi quang đơn mode dịch “giá trị tán sắc zero” đến
bước sóng 1550nm để đạt mức suy hao nhỏ nhất trên đặc tuyến sợi quang.Chuẩn
G.653 được sử dụng cho các đường truyền rất dài và tốc độ rất cao.
- G.654: Là chuẩn về sợi đơn mode “giá trị tán sắc zero” tại bước sóng 1310nm
để tận dụng độ tán sắc nhỏ nhất. Sợi G.654 được sử dụng cho những tuyến quang biển
với khoảng cách giữa các trạm tái tạo là rất lớn.
- G.655 (NZDSF): Là chuẩn về sợi đơn mode với tán sắc dịch chuyển đến vùng
buớc sóng 1550nm có giá trị khác không để tránh hiện tượng trộn bốn bước sóng khi
truyền thông tin bằng cách ghép nhiều bước sóng. Đây là chuẩn thích hợp nhất cho hệ
thống DWDM.
1.3.2.2. Bộ phát quang
Bộ phát quang có nhiệm vụ nhận tín hiệu điện, biến tín hiệu điện thành tín hiệu
quang và truyền lên sợi quang để truyền tín hiệu đi. Nó còn được gọi là nguồn phát
quang.
Hiện nay người ta đã chế tạo ra các loại nguồn phát quang là diode phát quang
LED và laser diode LD. Trong hệ thống DWDM đang sử dụng nguồn phát quang là
laser diode. Có 2 nguồn phát laser đang được dùng phổ biến là laser hồi tiếp phân bố
DFB và laser phản xạ Bragg phân bố DBR.
Hình 1.3. Cấu trúc bộ phát quang
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 11
Tổng quan về hệ thống DWDM
1.3.2.3. Bộ thu quang

Bộ thu quang có nhiệm vụ thu tín hiệu quang và biến tín hiệu quang thành tín hiệu
điện. Hiện nay các bộ thu quang thường sử dụng các linh kiện tách sóng quang là:
- PIN : loại diode thu quang gồm 3 lớp P, I, và N. trong đó P và N là 2 lớp bán có
pha tạp còn I là lớp không pha tạp hoặc pha tạp nồng độ thấp.
Hình 1.4. Cấu trúc PIN
- APD (Advalache Photodiode) : Diode thu quang có độ nhạy và tốc độ cao.
Hình 1.5. Cấu trúc APD
1.3.2.4. Bộ tách/ghép kênh – MUX/DEMUX
MUX/DEMUX có nhiệm vụ ghép tách các bước sóng quang để truyền tải trên sợi
quang. Nó có thành phần cơ bản cấu tạo nên là các bộ lọc.
Hình 1.6. Bộ tách/ghép kênh
1.3.2.5. Bộ tách ghép tín hiệu quang – Couplers
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 12
Tổng quan về hệ thống DWDM
Được sử dụng để kết hợp tín hiệu được truyền đến từ những sợi quang khác nhau.
Nếu coupler chỉ cho ánh sáng đi qua theo một chiều, ta gọi là coupler đơn hướng. Nếu
nó cho cả hai chiều đi qua thì gọi là coupler song hướng.
a. Các coupler thông dụng:
- Coupler FBT (Fused Binconnical Taper) là loại coupler phổ biến nhất, được chế
tạo bằng cách hai sợi quang gần nhau sau đó nung chảy để chúng vừa kết hợp vừa kéo
dãn để tạo thành vùng ghép.
Hình 1.7. Bộ coupler 2x2
- Bộ chia (splitter) và một bộ nối (combiner) là các thiết bị chia tín hiệu quang trong
một sợi ra hai hoặc nhiều sợi hoặc ngược lại.
Hình 1.8. Bộ chia 1x2
b. Bộ xen ghép kênh xen rớt quang OADM (Optical Add Drop Multiplexer)
OADM là thiết bị dùng trong hệ thống DWDM dùng để tách/ghép và định tuyến
cho các tín hiệu quang vào ra trong sợi quang đơn mode.
Hình 1.9. Hệ thống xen rớt tín hiệu quang OADM
1.3.2.6. Bộ cách ly Isolators/Circulators

a. Giới thiệu
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 13
Tổng quan về hệ thống DWDM
Phần lớn các linh kiện quang là các thiết bị thuận nghịch, nghĩa là thiết bị sẽ hoạt
đông theo cùng một kiểu nếu đảo đầu vào và đầu ra với nhau. Isolator là thiết bị không
thuận nghịch và chỉ cho phép ánh sáng truyền theo một chiều và không cho phép
truyền theo chiều ngược lại. Nó thường được sử dụng tại các đầu ra thiết bị quang để
tránh sự phản xạ ngược trở lại.
Hình 1.10. Nguyên lí Isolator
Circulator cũng có chức năng như Isolator nhưng số cổng nhiều hơn, thường là
3 hay 4 cổng.
Hình 1.11. Nguyên lí Circulator
b. Hoạt động của bộ Isolator
Hình 1.12. Nguyên lí hoạt động của Isolator
Giả sử ánh sáng truyền đến là bộ phân cực dọc, truyền đến bộ phân cực
(polariser) sẽ làm cho chỉ sóng phân cự dọc đi qua. Bộ quay Faraday thực hiện quay
pha 45 dộ không phân biệt chiều ánh sáng đến. Bộ phân cực cuối cùng chỉ có sóng
phân cực 45 độ đi qua. Như vậy bộ Isolator chỉ cho ánh sáng đi theo chiều từ trái qua
phải, ở chiều ngược lại ánh sáng không thể qua được bộ phân cực thứ hai.
1.3.2.7. Bộ lọc quang
a. Khái niệm:
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 14
Tổng quan về hệ thống DWDM
Bộ lọc quang là thiết bị quang chỉ cho một kênh bước sóng đi qua và khóa với tất
cả các kênh khác. Nguyên lý cơ bản nhất của bộ lọc là sự giao thoa của các tín hiệu,
bước sóng hoạt động của bộ lọc sẽ được cộng pha nhiều lần khi đi qua còn các kênh
bước sóng còn lại sẽ bị triệt tiêu.
b. Một số bộ lọc đang dùng hiện nay:
- Bộ lọc cách tử kiểu sợi quang.
- Bộ lọc Fabry-Perot.

- Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF).
- Bộ lọc Mach-Zehnder.
- Bộ lọc cách tử ống dẫn sóng sóng ma trận (AWG).
- Bộ lọc quang- âm điều chỉnh được (AOTF).
1.3.2.8. Bộ tổn hao điều chỉnh được VOA
a) Khái niệm:
VOA là thiết bị được thiết kế để làm suy hao mức công suất hay cường độ của tín
hiệu vào theo sự điều khiển của tín hiệu ở đầu ra nhằm ngăn chặn sự hư hỏng của thiết
bị thu quang gây ra bởi sự biến thiên công suất quang ra ngoài phạm vi cho phép.
b) Các ứng dụng chính của VOA trong mạng DWDM
- Pre-emphasis (Mạch tiền nhấn): Đầu cuối của các hệ thống DWDM đòi hỏi rằng
công suất quang giữa tất cả các kênh bằng nhau trước khi chúng được nối đến một sợi
đơn mode. VOA được sử dụng để điều chỉnh công suất kênh và cho phép laser duy trì
việc tối ưu độ ổn định của bước sóng. Việc điều khiển trực tiếp bằng dòng laser là
không khả thi bởi vì những sự thay đổi dòng sẽ gây nên sự dịch bước sóng không chấp
nhận được.
- Cân bằng kênh: Tại những node xen/rẽ của mạng, sự cân bằng của kênh là cần
thiết bởi vì tín hiệu quang đến riêng lẻ từ những điểm khác nhau trong mạng quang
làm cho việc pre-emphasis trở nên không thực tế.
- Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại: Sự suy hao đồng thời của nhiều bước sóng
giữa các tầng khuếch đại EDFA làm nên việc điều chỉnh hệ số khuếch đại theo chiều
dài của phân đoạn. Khả năng này tối ưu những mức công suất trong suốt đường truyền
dẫn và giảm độ gợn của phổ hệ số khuếch đại ở trong EDFA bằng cách thay đổi công
suất tín hiệu quang
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 15
Tổng quan về hệ thống DWDM
1.3.3. Ưu và nhược điểm của hệ thống DWDM
1.3.3.1. Ưu điểm
a. Băng thông và khả năng mở rộng: Băng thông trên một sợi quang tăng tương
ứng với số bước sóng được ghép và truyền đi. Với những tiến bộ trong thời gian không

xa hứa hẹn sẽ nâng tốc độ truyền đáp ứng hàng Tbps.
b. Tính trong suốt: do WDM là kiến trúc xây dựng ở lớp vật lý trong mô hình OSI
nên nó hỗ trợ tất cả các định dạng số liệu ở các lớp cao hơn như ATM, Ethernet,
chuyển mạch kênh, IP…
c. Tính kinh tế và dễ dàng trong nâng cấp: DWDM có thể nâng cấp để cho mạng
nhanh chóng đạt được đòi hỏi về dung lượng dựa trên những vòng (ring) SONET/SDH
sẵn có mà chỉ cần thay đổi thiết bị đầu cuối thay vì lắp đặt tuyến mới. Số sợi quang
trên tuyến sẽ giảm xuống kéo theo số lượng bộ lặp cũng như chi phí lắp đặt vận hành
và bảo trì vì một bộ khuếch đại quang có thể khuếch đại tất cả các kênh trên một sợi
DWDM mà không cần phải điều chế và xử lý riêng. DWDM đơn giản hóa việc nâng
dung lượng mạng, chỉ cần lắp đặt thêm vào nhiều luồng hay ứng dụng tốc độ bit cao
hơn ở hệ thống DWDM tại mỗi đầu cuối của sợi.
d. Cung cấp khả năng xây dựng mô hình OTN – Mạng truyền tải quang: Mạng
toàn quang sẽ cho phép truyền tải nhanh, đơn giản nhiều loại hình dịch vụ, quản lý
mạng hiệu quả, kết hợp IP để định tuyến linh động…
1.3.3.2. Nhược điểm
a. Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tận
dụng được băng C và L)
b. Quá trình khai thác, vận hành, bảo dưỡng phức tạp hơn so với hệ thống SDH.
c. Khó triển khai với hệ thống sử dụng sợi quang DSF chuẩn G.653 vì sẽ bị ảnh
hưởng lớn bởi nhiễu bốn bước sóng.
1.4. Kết luận chương
Trong chương này đã trình bày tổng quát về hệ thống WDM. Trình bày sơ lược
về các thành phần chính của hệ thống DWDM bao gồm các bộ thu/phát, bộ
MUX/DEMUX, bộ khuếch đại, bộ tách/ghép tín hỉệu, bộ lọc…. cùng với ưu nhược
điểm của nó.
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 16
Tổng quan về hệ thống DWDM
CHƯƠNG 2
BỘ KHUẾCH ĐẠI GHÉP LAI HFA

2.1. Giới thiệu chương
Trong thông tin sợi quang, khi khoảng cách đường truyền lớn thì suy hao truyền
dẫn của hệ thống đường trục tăng, đồng thời làm giới hạn kích cỡ của mạng quang. Để
khắc phục vấn đề này người ta đã đặt các trạm lặp và khuếch đại quang trên đường
truyền làm nhiệm vụ khuếch đại trung gian. Vì vậy các bộ khuếch đại quang ra đời,
trong đó bộ khuếch đại EDFA và bộ khuếch đại Raman là hai bộ khuếch đại quang
phổ biến nhất.
Trong chương này sẽ tập trung trình bày về cấu trúc, nguyên lí hoạt động của bộ
khuếch đại EDFA, Raman và bộ khuếch đại ghép lai HFA.
2.2. Bộ khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium – EDFA
2.2.1. Khái niệm
Bộ khuếch đại EDFA thực chất là sợi quang pha tạp Erbium có chức năng khuếch
đại tín hiệu quang. Chúng có thể thay đổi các đặc tính vật lí của sợi theo nhiệt độ, áp
suất và chúng cũng có tính chất bức xạ ánh sáng. Do vậy chúng có khả năng tự khuếch
đại hoặc tái tạo tín hiệu khi có kích thích phù hợp.
2.2.2. Cấu trúc cơ bản của một bộ khuếch đại EDFA
Hình 2.1. Cấu trúc của bộ EDFA
Một bộ khuếch đại EDFA bao gồm các thành phần:
2.2.2.1. Sợi quang pha đất hiếm Erbium EDF
Đây là nơi xảy ra quá trình khuếch đại của EDFA. Nó là thành phần quan trọng
nhất của bộ khuếch đại EDFA có chiều dài từ met đến vài chục mét. Sợi EDF là sợi
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 17
Tổng quan về hệ thống DWDM
quang tích cực vì nó có khả năng tự khuếch đại và tái tạo tín hiệu với các kích thước
phù hợp.
Cấu tạo của sợi EDF bao gồm:
Vùng lõi trung tâm: có đường kính khoảng 3 - 6
µ
m được pha tạp ion Er3+ với
nồng độ 100 ppm - 2000 ppm. Nó có cường độ sóng bơm và tín hiệu cao nhất.

Lớp bọc:đường kính 125
µ
m, có chiết suất nhỏ hơn và bao quanh lõi trung tâm.
Lớp phủ: đường kính 250
µ
m bao quanh sợi quang, có chiết suất nhỏ hơn chiết
suất của lớp bọc.
2.2.2.2. Laser bơm – Pumping Laser
Laser bơm là nguồn năng lượng quang cho quá trình khuếch đại trong bộ EDF.
Các Laser bơm cung cấp năng lượng cho quá trình nghịch đảo nồng độ trong vùng tích
cực. Bước sóng bơm thường sử dụng là 980nm hoặc 1480nm với công suất bơm tiêu
biểu là 10mW - 80mW.
2.2.2.3. WDM Optical Coupler
Bộ ghép sẽ ghép tín hiệu quang cần khuếch đại và tín hiệu quang từ laser bơm vào
trong sợi quang. Các tín hiệu được ghép có bước sóng 980/1550 và 1480/1550 nm.
2.2.2.4. Bộ cách ly - Optical Isolator
Bộ cách ly có nhiệm vụ ngăn không cho tín hiệu quang được khuếch đại được
phản xạ ngược về đầu phát hoặc tín hiệu quang trên đường truyền phản xạ về EPDA.
Nó có tác dụng lớn trong việc tăng hệ số khuếch đại và giảm nhiễu.
2.2.2.5. Bộ chia Optical Splitter TAP
Đây là thiết bị dung để lấy ra một phần nhỏ tín hiệu quang cho việc kiểm tra công
suất quang của các kênh chính.
2.2.3. Nguyên lí hoạt động của bộ khuếch đại EDFA
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của bộ khuếch đại EDFA
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 18
Tổng quan về hệ thống DWDM
Sơ đồ nguyên lý của bộ khuếch đại quang pha tạp EDFA được biểu diễn như hình
2.3, bao gồm một đoạn ngắn sợi được pha tạp bằng các ion erbium (Er3+) (gọi là sợi
EDF). Erbium là một nguyên tố đất hiếm có tính năng quang tích cực làm tác nhân cho
sự phát xạ cưỡng bức. Để kích thích các hạt mang của Er3+ lên các mức năng lượng

cao hơn cần một nguồn bơm bên ngoài để bơm năng lượng quang vào sợi thông qua
một bộ ghép trực tiếp. Nguồn bơm là một Laser Diode hoạt động ở bước sóng thấp
hơn bước sóng của tín hiệu cần khuếch đại.
2.2.3.1. Giản đồ mức năng lượng của Er3+
Các ion Er3+ có thể tồn tại ở nhiều mức năng lượng như sau:
- Vùng 4I15/2 là vùng nền: là vùng có mức năng lượng thấp nhất.
- Vùng 4I13/2 là vùng giả bền: là vùng mà các ion Er3+ có thời gian sống lâu
khoảng 10ms rồi mới chuyển xuống vùng nền. Thời gian sống này phụ thuộc vào loại
tạp chất pha tạp vào trong lõi của EDF.
- Các vùng còn lại là các vùng có mức năng lượng cao được gọi là các vùng kích
thích hay là các vùng bơm, có kí hiệu là 4I11/2 , 4I9/2 , 4S9/2 , 4F9/2 . Thời gian sống
của các ion Er3+ trong vùng này rất ngắn (khoảng 1
µ
s).
Hình 2.3. Giản đồ mức năng lượng
2.2.3.2. Các quá trình chuyển đổi mức năng lượng
Khi các ion Er3+ ở vùng nền nhận được một mức năng lượng bằng độ chênh lệch
giữa vùng nền với vùng giả bền hay vùng có mức năng lượng cao thì nó sẽ chuyển lên
vùng có mức năng lượng cao hơn gọi là sự hấp thụ năng lượng.
Khi các ion Er3+ chuyển từ vùng có mức năng lượng cao xuống vùng năng lượng
thấp thì xảy ra 2 trường hợp sau:
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 19
Tổng quan về hệ thống DWDM
Phân rã không bức xạ: năng lượng được giải phóng dưới dạng photon tạo sự dao
động của các phân tử trong sợi quang.
Phát xạ ánh sáng: năng lượng được giải phóng dưới dạng photon.
2.2.3.3. Nguyên lí hoạt động của EDFA
Nguyên lí khuếch đại của EDFA dựa trên sự hấp thụ và bức xạ của ion Er3+ trong
sợi EDF, chủ yếu là hiện tượng phát xạ kích thích. Quá trình khuếch đại được thực
hiện như sau:

Hình 2.4. Quá trình khuếch đại tín hiệu của EDFA
Khi sử dụng nguồn bơm laser 980nm thì các ion Er3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng
lượng từ các photon với Ephoton = 1.27eV để chuyển lên trạng thái cao hơn ở vùng
bơm (1). Ở vùng bơm các ion Er3+ phân rã không bức xạ rất nhanh xuống vùng giả
bền (2).
Khi sử dụng nguồn bơm laser 1480nm thì các ion Er3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ
năng lượng từ các photon với Ephoton = 0.841eV để chuyển lên vùng giả bền (3).
Các ion Er3+ trong vùng giả bền có khuynh hướng chuyển xuống vùng có năng
lượng thấp hơn (vùng có mật độ cao) (4). Sau khoảng thời gian sống nếu không được
kích thích bởi các photon có năng lượng thích hợp thì các ion Er3+ sẽ chuyển xuống
vùng nền và phát xạ ra các photon (5).
Khi cho tín hiệu quang vào EDFA sẽ đồng thời xảy ra 2 trường hợp:
Các photon tín hiệu sẽ bị hấp thụ bởi các ion Er3+ ở vùng nền (6), lúc này tín hiệu
bị suy hao.
Các photon tín hiệu sẽ được kích thích bởi các ion Er3+ ở vùng giả bền. Hiện tượng
phát xạ kích thích xảy ra. Khi đó, các ion Er3+ sẽ chuyển trạng thái năng lượng ở vùng
giả bền xuống vùng nền và phát xạ ra photon mới có cùng hướng truyền cùng phân
cực cùng bước sóng. Tín hiệu được khuếch đại.
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 20
Tổng quan về hệ thống DWDM
2.2.4. Các đặc tính của bộ khuếch đại EDFA
2.2.4.1. Dải khuếch đại
Dải khuếch đại là miền phổ mà trên đó ta có thể khuếch đại tương đương nhiều
bước sóng. Đây là đặc tính quan trọng nhất của bộ khuếch đại EDFA. Khi tín hiệu
WDM được khuếch đại thì nó quyết định kênh nào sẽ được khuếch đại.
Dải khuếch đại của EDFA tương đối bằng phẳng giữa 1530nm và 1570nm (quy
ước băng C). Đối với dải khuếch đại giữa 1570nm và 1600nm được gọi là dải U.
Hình 2.5. Dải phổ khuếch đại theo bước sóng
Dải khuếch đại của bộ EDFA khá rộng nhưng không bằng phẳng do việc hấp thụ
không đồng bộ giữa tín hiệu quang và các ion Er3+ và phổ bức xạ. Điều này sẽ dẫn

đến hệ số khuếch đại ở những bước sóng khác nhau ở những bức sóng khác nhau. Nếu
hệ số khuếch đại của các kênh tín hiệu không đồng nhất, sau khi qua nhiều tầng
EDFA, sai số hệ số khuếch đại này sẽ tích lũy đến mức khi tới đầu thu sẽ bị quá tải ở
kênh bước sóng có hệ số khuếch đại cao.
Để khắc phục sự không bằng phẳng phổ hệ số khuếch đại ta sử dụng các biện
pháp sau:
Chọn lựa các bước sóng có hệ số khuếch đại gần bằng nhau. Ở hệ thống WDM
băng C (1530 – 1565 nm) người ta chọn 40 bước sóng công tác có hệ số khuếch đại
gần bằng nhau.
Thay đổi thành phần trộn trong sợi quang (như thêm vào nhôm, photpho, flo…)
để tạo ra bộ khuyếch đại có băng tần rộng hơn và bằng phẳng hơn.
Các công nghệ cân bằng hệ số khuếch đại như dùng các bộ equalizer hấp thụ công
suất bước sóng có hệ số khuếch đại lớn và bộ khuyếch đại để tăng công suất của bước
sóng có hệ số khuếch đại nhỏ. Sử dụng các bộ lọc phổ, bộ làm phẳng phổ khuếch đại
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 21
Tổng quan về hệ thống DWDM
GFF hoặc kết hợp nhiều tầng khuếch đại cũng là các phương pháp ứng dụng phổ biến
trong hệ thống khoảng cách dài.
Hình 2.6. Phổ hệ số khuếch đại của EDFA trước và sau khi làm phẳng
2.2.4.2. Hệ số khuếch đại
Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại EDFA là tỉ số giữa công suất tín hiệu đầu ra
và công suất tín hiệu đầu vào:
)log(10
in
out
dB
P
P
G
=

(2.1)
Với
in
P
và
out
P
lần lượt là công suất tín hiệu vào và công suất tín hiệu ra ở đơn vị
mW.
Hệ số khuếch đại là hàm của công suất tín hiệu vào ứng với các mức bơm khác
nhau.
Với bước sóng 1530nm và 1550nm, EDFA có hệ số khuếch đại cao nhất. Công
suất bơm tối thiểu để đạt được hệ số khuếch đại cao nhất là mấu chốt của việc sử dụng
EDFA vào các hệ thống thực tế.
Khi tín hiệu tăng lên thì hệ số khuếch đại giảm xuống do ảnh hưởng của sự bão
hòa.
Hình 2.7. Hệ số khuếch đại của EDFA ứng với các mức bơm khác nhau
Để thiết kế bộ khuếch đại EDFA thì tính độ khuếch đại theo công thức sau:
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 22
Tổng quan về hệ thống DWDM






Γ−=
∫ ∫
L L
s

a
s
e
s
dzzNzNG
0 0
)(
1
)(
2
)()(exp
σσ
(2.2)
Trong đó:
)(),(
12
zNzN
là nồng độ của Er3+ ở trạng thái kích thích và trạng thái nền tại vị trí
z trong sợi EDF.
L chiều dài của sợi EDF.
)()(
,
a
s
e
s
σσ
là tiết diện ngang hấp thụ và phát xạ của Er3+ tại bước sóng tín hiệu.
Gọi
21

, NN
là nồng độ ion Er3+ trung bình tại mức năng lượng nền và kích thích
thì độ khuếch đại được tính theo công thức:
( )
[ ]
LNNG
s
a
s
e
s
Γ−=
)(
1
)(
2
exp
σσ
(2.3)
Với
21
, NN
được tính như sau:
∫
=
L
dzzN
L
N
0

11
)(
1
(2.4)
∫
=
L
dzzN
L
N
0
22
)(
1
(2.5)
Và
)(),(
12
zNzN
được tính như sau:
N
zP
Ahf
zP
Ahf
zP
Ahf
zP
Ahf
zN

p
p
p
e
p
a
p
s
s
s
e
s
a
s
p
p
p
a
p
s
s
s
a
s
)(
)(
)(
)(
)()(
)(

)()(
)()(
)(
)(
2
Γ+
+
Γ+
Γ
+
Γ
=
σστ
σστ
τσ
τσ
(2.6)
)()(
21
zNNzN −=
(2.7)
Trong đó:
τ
: thời gian sống của Er3+ ở trạng thái kích thích 4I13/2
)(zP
s
: công suất tín hiệu tại vị trí z
)(zP
p
: công suất bơm tại vị trí z

s
Γ
: hệ số chồng lặp tại bước sóng tín hiệu
p
Γ
: hệ số chồng lặp tại bước sóng bơm
A : diện rích tiết diện ngang hiệu dụng
s
f
: tần số tín hiệu
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 23
Tổng quan về hệ thống DWDM
p
f
: tần số bơm
N
: nồng độ Er3+ tổng cộng
)()(
,
a
s
e
s
σσ
: tiết diện ngang hấp thụ và phát xạ của Er3+ tại bước sóng tín hiệu.
)()(
,
a
p
e

p
σσ
: tiết diện ngang hấp thụ và phát xạ của Er3+ tại bước sóng bơm.
h
: hằng số Planck với
shJh ××=
−34
10625.6
Từ công thức (2.2) đến (2.7) ta thấy hệ số khuếch đại của EDFA phụ thuộc vào
các yếu tố : nồng độ Er3+, công suất tín hiệu vào, công suất bơm và chiều dài sợi
EDF.
2.2.4.3. Công suất ra bão hòa
Sự bão hòa gây ra khi công suất tín hiệu vào EDFA lớn gây ra sự giảm hệ số
khuếch đại. Nó là giới hạn công suất ra của EDFA. Khi công suất tín hiệu tăng quá
cao, sẽ xảy ra sự nghịch đảo tích lũy làm cho các ion Erbium kích thích giảm một cách
đáng kể, hệ số khuếch đại giảm do sự kích thích các điện tử bằng hấp thụ bơm không
bù đắp được với sự chuyển dời bởi bức xạ cưỡng bức. Đây chính là chế độ bão hòa.
Ở chế độ bão hòa, ta có dải khuếch đại phẳng hơn. Tuy nhiên, chế độ này có một
nhược điểm: đối với bước sóng nhất định của tín hiệu, khả năng bão hòa một cách cục
bộ hệ số khuếch đại tạo ra một số lỗ trống trong dải phổ khuếch đại. Với các hệ thống
đường ngắn, hiện tượng này là không đáng kể. Nhưng với hệ thống đường dài hàng
ngàn km như trong hệ thống truyền xuyên Đại Tây Dương, có nhiều EDFA mắc chuỗi,
thì các lỗ trống sẽ được duy trì trên suốt đường truyền và làm giảm mạnh cường độ tín
hiệu ở bước sóng bão hòa.
Công suất ra bão hòa không phải là hằng số mà tăng lên tuyến tính với công suất
bơm. Công suất bão hòa có thể xác định bằng công suất tín hiệu ngõ ra mà tại đó hệ số
khuếch đại bằng hệ số khuếch đại tín hiệu nhỏ trừ 3dB.
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 24
Tổng quan về hệ thống DWDM
Hình 2.8. Công suất ra bão hòa theo công suất bơm

2.2.4.4. Tạp âm và các hiệu ứng phi tuyến
Tạp âm chính trong hệ thống có sử dụng EDFA chính là nhiễu bức xạ tự phát
được khuếch đại ASE. Nguồn gốc của nhiễu này là do sự tái hợp tự phát của các
electron và lỗ trống trong đoạn sợi khuếch đại. Sự tái hợp này làm tăng độ rộng phổ
nền của các photon được khuếch đại cùng với tín hiệu quang.
Trong số các hiệu ứng phi tuyến thì hiệu ứng trộn bốn bước sóng FWM gây tổn
hao nhiều nhất trong hệ thống WDM.
2.2.5. Các yêu cầu về nguồn bơm
2.2.5.1. Bước sóng bơm
Từ giản đồ năng lượng ta thấy bước sóng có thể dùng cho nguồn bơm là 1480 nm,
980 nm, 800nm, 650nm tương ứng với các mức 4I13/2, 4I11/2, 4I9/2, 4F9/2. Tuy
nhiên trong thực tế chỉ sử dụng 2 bước sóng là 1480nm và 980nm. Trong đó bước
sóng 1480nm được bơm trực tiếp còn bước sóng 980nm được bơm gián tiếp.
- Bơm trực tiếp: Các ion Er 3+ chỉ hoạt động ở hai mức 4I13/2 và 4I11/2 . Các ion
này liên tục được chuyển từ vùng nền lên vùng giả bền nhờ năng lượng bơm. Do thời
gian sống ở mức giả bền dài nên chúng tích lũy tạo ra sự nghịch đảo nồng độ.
- Bơm gián tiếp: Các ion Er 3+ sẽ được kích thích từ vùng nền lên mức 4I11/2 ,
sau đó chúng sẽ phân rã xuống vùng 4I13/2 nhưng không phát xạ. Từ vùng này, khi có
ánh sáng kích thích thì các ion sẽ phát xạ bước sóng mong muốn (1550 – 1600 nm) khi
chuyển về vùng nền.
Hiện nay, bước sóng 1480nm được sử dụng rộng rãi hơn vì chúng có sẵn hơn và
có độ tin cậy cao hơn. Và một số EDFA được bơm tại cả 2 bước sóng để tận dụng ưu
điểm của cả 2 bước sóng.
2.2.5.2. Hướng bơm
Bộ khuếch đại EDFA có thể được bơm theo ba cách:
- Bơm thuận: Nguồn bơm được bơm cùng chiều với hướng truyền tín hiệu. Nó
cho phép thu được sự nghịch đảo nồng độ mạnh hơn ở đầu sợi, điều này cho phép hạn
chế được hiện tượng bức xạ tự phát được khuếch đại ASE và như vậy hạn chế được
tạp âm của bộ khuếch đại. Nhưng hiệu suất lượng tử không cao.
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 25

Tổng quan về hệ thống DWDM
- Bơm ngược: Nguồn bơm được bơm ngược chiều với hướng truyền tín hiệu.
Phương pháp này có hiệu suất lượng tử cao nhưng nó cũng có hệ số nhiễu cao.
- Bơm hai chiều: Sử dụng hai nguồn bơm được bơm ngược chiều nhau. Thông
thường người ta sử dụng bơm ngược với bước sóng 1480nm và bơm thuận với bước
sóng 980nm. Như vậy sẽ tận dụng những ưu điểm của cả hai loại bơm trên.
Hình 2.9. Cấu hình bộ khuếch đại EDFA được bơm kép
2.2.5.3. Công suất bơm
Công suất bơm càng lớn thì sẽ càng có nhiều ion Er3+ bị kích thích để trao đổi
năng lượng với tín hiệu cần khuếch đại và sẽ làm hệ số khuếch đại tăng lên. Tuy nhiên
hệ số khuếch đại không thể tăng mãi theo công suất bơm do số lượng ion Er3+ cấy
trong sợi là có hạn. Ngoài ra khi công suất bơm tăng thì hệ số nhiễu sẽ giảm.
Trong thực tế, bộ khuếch đại EDFA có phổ hệ số khuếch đại bằng phẳng trong
khoảng bước sóng 1530-1565nm (băng C), 1570-1600nm (băng L) với hệ số khuếch
đại cỡ 10~40dB và độc lập phân cực. Hệ số nhiễu của EDFA cỡ từ 3 đến 7dB. Hệ
thống dùng EDFA thường sử dụng cấu hình bơm hai hướng, bước sóng 980nm hoặc
1480nm, công suất bơm cỡ 20mW đến 100mW.
2.2.6. Ưu nhược điểm của bộ khuếch đại EDFA
2.2.6.1. Ưu điểm
- Cấu trúc hệ thống đơn giản, cấu hình nhỏ gọn cho phép việc lắp đặt nhiều EDFA
trong cùng một trạm. Dễ dàng trong việc vận hành, bảo trì.
- Nguồn laser bơm bán dẫn độ tin cậy, gọn, công suất cao.
- Công suất nguồn nuôi nhỏ, thuận lợi cho các tuyến cáp quang vượt biển.
- Không có nhiễu xuyên kênh khi khuyếch đại tín hiệu WDM như bộ khuếch đại
bán dẫn.
-Hầu như không phụ thuộc vào phân cực của tín hiệu
2.2.6.2. Nhược điểm
- Phổ hệ số khuếch đại của EDFA không bằng phẳng.
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 26
Tổng quan về hệ thống DWDM

- Băng tần hiện nay bị giới hạn trong băng C và băng L.
- Nhiễu được tích lũy qua nhiều chặng khuếch đại gây hạn chế cự ly truyền dẫn.
2.3. Bộ khuếch đại Raman
2.3.1. Khái niệm
Khuếch đại Raman dựa trên hiện tượng tán xạ Raman tự kích. Đây là hiện tượng
một nguyên tử hấp thụ năng lượng của một photon và sau đó tạo ra một photon có
năng lượng khác.
Có thể chia ra hai loại bộ khuếch đại Raman: Khuếch đại Raman phân bố và
khuếch đại Raman rời rạc. Khi sợi quang đang được bơm là một sợi truyền dẫn thực
sự, liên kết hai điểm trong tuyến thì sơ đồ này được gọi là khuếch đại Raman phân bố.
Nếu bộ khuếch đại được chứa trong đầu thu của hệ thống thì gọi là Raman rời rạc. Bộ
khuếch đại Raman phân bố (DRA) có chiều dài điển hình là 40km, bộ khuếch đại
Raman rời rạc có chiều dài khoảng 5km.
Bộ khuếch đại Raman phân bố DRA cải thiện hệ số nhiễu và giảm hiệu ứng phi
tuyến của bộ khuếch đại, cho phép chiều dài của một bộ khuếch đại dài hơn, tốc độ bit
cao hơn, khoảng cách các kênh gần hơn. Bộ khuếch đại rời rạc được sử dụng để tăng
dung lượng quang. Chính vì lẽ đó, bộ khuếch đại Raman cung cấp những yêu cầu về
khuếch đại đường dài, phổ khuếch đại rộng và phẳng.
2.3.2. Cấu trúc bộ khuếch đại Raman
Một bộ khuếch đại Raman bao gồm các thành phần:
- Sợi quang: đây là nơi xảy ra quá trình khuếch đại. Sợi quang này chỉ cần dùng
các loại quang truyền dẫn tín hiệu bình thường, không cần pha tạp đặc biệt.
- Coupler: là bộ ghép để ghép bước sóng tín hiệu vào sóng bơm.
- Isolator: là bộ cách li thường đặt hai đầu sợi quang nhằm ngăn chặn tín hiệu
phản xạ ở hai đầu bộ khuếch đại. Đồng thời làm giảm nhiễu ASE theo hướng ngược về
phía đầu vào có thể gây ảnh hưởng đến tín hiệu vào.
- Laser bơm: dùng để cung cấp năng lượng cho các phân tử của sợi quang chuyển
lên trạng thái kích thích, giúp tạo ra sự nghịch đảo nồng độ.
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 27
Tổng quan về hệ thống DWDM

Hình 2.10. Cấu trúc của bộ khuếch đại Raman
2.3.3. Nguyên lí hoạt động
Khuếch đại Raman dựa trên hiên tượng tán xạ Raman kích thích. Tán xạ Raman
kích thích là hiện tượng một nguyên tử hấp thụ năng lượng của một photon, sau đó tạo
ra photon có năng lượng khác.
Để tạo ra khuếch đại Raman thì phải tạo ra sự nghịch đảo nồng độ bằng cách cung
cấp năng lượng cho các phân tử của sợi quang từ một laser bơm có bước sóng thấp
hơn bước sóng của tín hiệu. Khi đó, các phân tử sợi quang sẽ hấp thụ năng lượng bơm
có năng lượng cao và chuyển lên mức năng lượng cao hơn. Khi có tín hiệu đến, nó sẽ
kích thích các nguyên tử đang ở mức cao chuyển sang mức năng lựong thấp hơn và
giải phóng ra photon có cùng bước sóng và cùng pha với tín hiệu đến. Như vậy tín
hiệu đã được khuếch đại.
Giản đồ chuyển năng lượng trong bộ khuếch đại Raman
Hình 2.11. Giản đồ chuyển năng lượng trong khuếch đại Raman
Từ giản đồ thì tần số bơm và tần số tín hiệu khuếch đại được xác định như sau:
hEEf
bom
/)(
13
−=
(3.1)
hEEf
kd
/)(
12
−=
(3.2)
Với :
h
: Hăng số Planck ,

shJh ××=
−34
10625.6
1
E
: Năng lượng của trạng thái năng lượng cao (Transition state)

2
E
: Năng lượng của trạng thái năng lượng trung bình (Vbration state)

3
E
: Năng lượng của trạng thái năng lượng thấp (Ground state)
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 28
Tổng quan về hệ thống DWDM
Nguyên nhân của sự sai lệch của photon bơm và photon vừa được tạo ra là do
năng lượng này bị các phần tử môi trường hấp thụ dưới dạng năng lượng dao động. Độ
lệch tần số vp – vs hoặc độ lệch bước sóng
ps
λλ
−
được gọi là độ dịch Stokes, trong
sợi quang chuẩn độ dịch này xấp xỉ 13,2THz tương ứng với 100nm. Do đó để photon
vừa phát xạ ra có cùng bước sóng với bước sóng tín hiệu thì bước sóng của ánh sáng
bơm phải nhỏ hơn bước sóng của tín hiệu là 100nm.
2.3.4. Các đặc tính của bộ khuếch đại Raman
2.3.4.1. Hệ số khuếch đại và độ rộng băng tần
Hình 2.13 biểu diễn sự thay đổi hệ số khuếch đại Raman theo độ chênh lệch giữa
bước sóng tín hiệu và nguồn bơm. Hệ số khuếch đại Raman hầu như tăng tuyến tính

với độ chênh lệch bước sóng giữa tín hiệu và nguồn bơm, đạt giá trị đỉnh tại 100nm và
giảm nhanh chóng sau đó. Ta thấy băng thông hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại
Raman có thể đạt được từ 45-50nm.
Với dải tần tín hiệu cần khuếch đại lớn hơn băng thông hệ số khuếch đại của
khuếch đại Raman (40nm) thì cần sử dụng nhiều nguồn bơm. Mỗi nguồn bơm có bước
sóng cách nhau 40nm. Khi đó băng thông tổng cộng sẽ có dạng gợn sóng do đặc tính
khuếch đại và khoảng cách bước sóng nhưng vẫn đảm bảo khuếch đại hiệu quả.
Hình 2.12. Hệ số khuếch đai Raman theo chênh lệch bước sóng
Với ưu điểm băng thông độ lợi lớn khuếch đại Raman được quan tâm đến trong
các ứng dụng thông tin quang. Tuy nhiên, hiệu suất độ lợi của khuếch đại Raman
không cao nên để đạt được hệ số khuếch đại lớn cần phải sử dụng công suất bơm lớn.
Khảo sát hệ số khuếch đại Raman:
Xét công suất tín hiệu và công suất bơm
psRss
s
PPgPa
dz
dP
+−=
(3.3)
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 29
Tổng quan về hệ thống DWDM
psR
s
p
pp
p
PPgPa
dz
dP

ϖ
ϖ
−−=
(3.4)
Trong đó:
ps
PP ,
: Công suất tín hiệu, công suất bơm (W )

ps
αα
,
: là suy hao sợi tại tần số νS, νP (dB/Km)
R
g
: là hệ số khuếch đại Raman (mW-1)
Nếu bỏ qua suy giảm công suất bơm :
psR
s
p
PPg
ϖ
ϖ
, giải phương trình vi phân (3.4)
)exp()0()( zaPzP
ppp
=
(3.6)
Thay vào phương trình (3.3) và giải phương trình này ta được:









−=
LaL
kA
P
gPLP
seff
eff
Rss
0
exp)0()(
(3.7)
Trong đó:
)0(
s
P
: Công suất tín hiệu Stokes ở ngõ ra khi không có tín hiệu bơm.
0
P
: Công suất bơm hấp thụ
)()0(
0
LPPP
pp

−=
eff
L
: Chiều dài hiệu dụng của sợi, tính theo m.
p
pp
eff
a
zaza
zzL
)exp()exp(
),(
21
21
−−−
=
(3.8)
p
p
eff
a
La
LL
)exp(1
),0(
−−
=
(3.9)
Để đơn giản ta đặt :
),0( LLL

effeff
=
eff
A
: diện tích hiệu dụng của sợi, tính theo m2
k : hệ số phân cực, k =1: nếu sóng tín hiệu và bơm phối hợp phân cực
k = 2: nếu sóng tín hiệu và bơm khử phân cực
Vậy độ khuếch đại Raman là:









−== LazzL
kA
P
g
zP
zP
zzG
seff
eff
R
s
s
R

),(exp
)(
)(
),(
21
0
1
2
21
(3.7)
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 30
Tổng quan về hệ thống DWDM








−===
LaL
kA
P
g
P
LP
LGG
seff
eff

R
s
s
RR
0
exp
)0(
)(
),0(
(3.8)
Tính theo dB








−==
LaL
kA
P
gGdBG
seff
eff
RRR
0
35.4)log(10)(
(3.9)

Độ khuếch đại Raman On-Off:








=
−








−
==
− eff
eff
R
ss
seff
eff
Rs
sOff
sOn

offRon
L
kA
P
g
LaP
LaL
kA
P
gP
LP
LP
G
0
0
exp
)exp()0(
exp)0(
)(
)(
(3.10)








==

−−
eff
eff
RoffRonoffRon
L
kA
P
gGdBG
0
35.4)log(10)(
(3.11)
Từ kết quả tính toán độ khuếch đại của bộ khuếch đại Raman ta thấy độ khuếch
đại Raman phụ thuộc vào công suất bơm, hệ số khuếch đại Raman, chiều dài và diện
tích hiệu dụng của sợi quang, trạng thái phân cực. Các loại sợi quang sẽ có hệ số
khuếch đại khác nhau.
2.3.4.2. Các loại nhiễu trong bộ khuếch đại Raman
Có bốn loại nguồn nhiễu chính trong bộ khuếch đại Raman bao gồm:
- Nhiễu tán xạ Rayleigh kép (DRB): hiệu ứnh này phụ thuộc vào tính không đồng
nhất trong thủy tinh. DRB tỷ lệ với chiều dài sợi và độ khuếch đại trong sợi, do đó
hiệu ứng này rất quan trọng trong các bộ khuếch đại Raman.DRB hạn chế hệ số
khuếch đại trên mỗi phân đoạn chỉ từ 10 đến 15dB. Bằng cách sử dụng các bộ cách ly
giữa các tầng khuếch đại, ta có thể đạt được hệ số khuếch đại cao hơn.
- Nhiễu ASE: Với các mức công suất tín hiệu phù hợp, nhiễu phách ASE – tín
hiệu trội hơn nhiễu phách ASE – ASE. Tuy nhiên do hệ thống Raman luôn hoạt động
như một hệ thống nghịch đảo hoàn toàn nên bộ khuếch đại Raman có nhiễu phách
ASE – tín hiệu thấp.
- Nhiễu do sự ghép dao động bơm với tín hiệu: Xảy ra do sự khuếch đại gần như
đột ngột của các phân tử ở mức năng lượng cao có thời gian sống ngắn chỉ cỡ 3 đến
6fs trong bộ khuếch đại Raman. Để tránh vấn đề này, người ta sử dụng bơm ngược,
nhờ đó thời gian sống hiệu dụng ở các mức năng lượng cao bằng với thời gian vận

chuyển qua sợi. Nếu sử dụng bơm cùng chiều thì các laser bơm phải thật ổn định. Ví
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 31
Tổng quan về hệ thống DWDM
dụ có thể sử dụng laser Fabry - Pérot thay vì sử dụng các diode laser cách tử được ổn
định.
- Nhiễu quang phonon bị kích thích: được tạo ra khi các bước sóng đang được
khuếch đại có phổ gần với bước sóng bơm được dùng cho bộ khuếch đại. Các phonon
này có thể được khuếch đại tích tự phát từ các bơm, làm tăng lượng nhiễu trong các tín
hiệu gần với bước sóng bơm.
Trong các nguồn nhiễu trên thì nhiễu ASE và nhiễu tán xạ Rayleigh kép có ảnh
hưởng lớn nhất và là yếu tố chính hạn chế chất lượng của hệ thống truyền dẫn sử dụng
bộ khuếch đại Raman, đặc biệt với hệ thống đường dài.
2.3.5. Các yêu cầu về nguồn bơm
Cũng như trong bộ khuếch đại EDFA, trong bộ khuếch đại Raman cũng có ba cấu
hình bơm. Đó là:
Cấu hình bơm xuôi: là kiểu bơm mà hướng của tín hiệu bơm cùng hướng lan
truyền của tín hiệu. Trong kiểu bơm này, quá trình Raman gần như xảy ra tức thời và
sự dao động của nguồn bơm làm cho độ lợi biến động và xuất hiện như là nhiễu xuyên
kênh đối với tín hiệu không mong muốn nên quan trọng là giữ bơm tại công suất ổn
định.
Cấu hình bơm ngược: là kiểu bơm mà hướng của tín hiệu bơm ngược hướng với
hướng truyền của tín hiệu. Trong phương pháp bơm này làm giảm đáng kể nhiễu
khuếch đại cộng bơm do sự biến động của nguồn bơm được trung bình hóa theo thời
gian lan truyền của sợi quang. Đây là kiểu bơm được sử dụng phổ biến trong thực tế.
Cấu hình bơm hai hướng: Đây là kiểu bơm kết hợp bơm ngược và bơm xuôi.
Trong khuếch đại Raman thì kiểu bơm này rất ít sử dụng.
2.3.6. Ưu nhược điểm của bộ khuếch đại Raman
2.3.6.1. Ưu điểm
- Tạp âm nhiễu thấp
- Cấu trúc đơn giản, không cần sợi pha tạp đặc biệt.

- Dễ chọn băng tần
- Đạt được băng thông lớn nhờ kết hợp nhiều laser bơm.
2.3.6.2. Nhược điểm
- Hệ số khuếch đại thấp.
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 32
Tổng quan về hệ thống DWDM
- Hiệu suất khuếch đại thấp hơn so với EDFA, cần một công suất lớn hơn để đạt
cùng một giá trị hệ số khuếch đại.
- Xuyên âm giữa các kênh tín hiệu do hiện tượng tán xạ Raman kích thích SRS.
Hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống WDM.
2.4. Bộ khuếch đại ghép lai HFA
2.4.1. Khả năng ứng dụng của HFA trong hệ thống thông tin quang
Kể từ khi ra đời, bộ khuếch đại EDFA với nhưng ưu điểm nổi bật đã được sử ding
một cách rộng rãi. Nhưng với nhu cầu hiện nay cần có dung lượng kênh rất lớn thì bộ
khuếch đại EDFA không đáp ứng được. Do vậy bộ khuếch đại ghép lai HFA ra đời,
đây là sự kết hợp giữa bộ khuếch đại EDFA và bộ khuếch đại Raman.
Khả năng kết hợp giữa bộ khuếch đại EDFA và bộ khuếch đại Raman:
Bảng 2.1. Bảng so sánh dặc điểm của EDFA và Raman
Từ bảng so sánh trên ta thấy rằng bộ khuếch đại Raman phân bố có hệ số nhiễu
thấp nhất trong các bộ khuếch đại. Do hiệu suất thấp nên hầu hết công suất bơm bị mất
mát do suy hao thụ động của sợi quang chứ không phải do sự chuyển đổi năng lượng
của tín hiệu. Vì vậy mà bộ khuếch đại Raman gần như là môt bộ khuếch đại tuyến tính
gần lý tưởng với công suất bão hòa cao.
Trong khi đó, EDFA có công suất bão hòa thấp nên EDFA là một bộ khuếch đại
hơi phi tuyến. Tuy nhiên vì EDFA có thời gian phát quang lâu nên nó cũng được dùng
cho WDM.
GVHD : TS . Tăng Tấn Chiến 33