Bộ khuếch đại quang EDFA

EDFA
EDFA là gì ?

Là một loại khuếch đại quang.

Là tên viết tắt của từ “Erbium Doped Fiber Amplifier”
(Sợi khuếch đại pha tạp Ecbi)

Được sử dụng để tăng cường độ của tín hiệu quang
học đang được tiến hành thông qua một sợi quang
hệ thống thông tin liên lạc

Bên trong có một lõi được pha tạp một lượng lớn ion
Ecbi

Thực hiện dựa trên nguyên lý phát xạ kích thích
Lược sử của EDFA

Do giáo sư David Payne và nhóm nghiên cứu

Các bài nghiên cứu được đăng trên báo vào năm
1987

Tại Đại học Southampton, Vương quốc Anh
Vì sao sử dụng Ecbi

Ecbi có một số tính chất quan trọng làm cho nó
trở thành một lựa chọn hoàn hảo trong việc
khuếch đại quang.

Ion Ecbi (Er3 +) có hàm lượng tử cho phép chúng

được kích thích để phát ra trong khoảng 1540nm,
là dải tần mà có sự suy hao công suất là nhỏ nhất
trong hầu hết các loại sợi quang.

Những cấp lượng tử của Ecbi cũng cho phép nó
được kích thích bởi một tín hiệu ở bước sóng
980nm hoặc 1480nm, cả hai đều có thể thực hiện ở
trong cáp quang mà không gây ra suy hao lớn.
Cấu trúc của EDFA
Sợi quang pha ion đất hiếm
Erbium: là nơi xảy ra quá trình
khuếch đại (vùng tích cực) của
EDFA.
Laser bơm: cung cấp năng lượng
ánh sáng . Laser bơm phát ra ánh
sáng có bước sóng 980nm hoặc
1480nm.
WDM Coupler: Ghép tín hiệu
quang cần khuếch đại và ánh sáng
từ laser bơm vào trong sợi quang.
Có bước sóng 980/1550nm hoặc
1480/1550nm
Bộ cách ly quang: ngăn không cho
tín hiệu quang được khuếch đại
phản xạ ngược về phía đầu phát
hoặc các tín hiệu quang trên
đường truyền phản xạ ngược về
EDFA
Cấu tạo của cáp
Hoạt động EDFA

Tín hiệu ánh sáng
bơm vào
(980 hoặc 1480 nm)
Tín hiệu
vào có
bước sóng
1550nm
Cáp quang có pha tạp Ecbi
Phát xạ tự phát
Phát xạ tự phát
Tín hiệu ánh sáng bơm
ở đầu ra
(980 and 1480 nm)
Tín hiệu ra
có bước
sóng
1550nm
Dạng phổ của EDFA
Nguyên lý hoạt động
Giản đồ năng lượng
4I
15/2
4I
13/2
4I
11/2
4I
9/2
4F
9/2

1480nm
1536nm
980nm
800nm
650nm
•
Laser bơm (bước sóng 980nm hoặc 1480nm) được sử dụng để kích thích
sợi cáp quang có pha tạp Ecbi lên một mức năng lượng cao hơn.
•
Cáp quang có pha tạp Ecbi ở mức năng lượng 4I – 13/2 cho đến khi được
kích hoạt bởi một photon có bước sóng 1550 đi qua, đúng lúc xảy ra sự
nhân đôiphoton.
Khi sử dụng nguồn bơm laser 980 nm, các ion Er3+ ở vùng nền
sẽ nhảy lên mức năng lượng cao hơn ở vùng bơm. Ở đó các
ion bức xạ rất nhanh (1µs) và chuyển xuống vùng giả bền.
Khi sử dụng nguồn bơm 1480nm, các ion sẽ hấp thu năng
lượng và nhảy lên đỉnh của vùng giả bền
Sau một khoảng thời gian sống (10ms) nếu ko dc kích thích bởi
các photon thì các ion sẽ chuyển xuống vùng nền và phát xạ
ra photon(phát xạ tự phát)
Nếu cho tín hiệu ánh sáng đi vào sẽ có 2 trường hợp:
•
Các photon tín hiệu bị hấp thụ bởi các ion Er3+ ở vùng nền
 tín hiệu bị suy hao
•
Các photon tín hiệu sẽ kích thích các ion ở vùng giả bền.
Khi đó các ion sẽ bị kích thích chuyển từ vùng giả bền
xuống vùng nền và phát xạ ra photon có cùng hướng
truyền, cùng phân cực, cùng pha và cùng bước sóng  tín
hiệu ánh sáng được khuếch đại

Hiệu suất biến đổi năng
lượng quang
Bước sóng
Số nhiễu nhỏ nhất
Hiệu suất lượng tử của laser
Hướng bơm

Bơm thuận

Nhiễu thấp nhưng công suất tín hiệu vào cũng
phải thấp

Bơm ngược

Công suất ra bão hòa cao nhưng có hệ số nhiễu
cao hơn bơm thuận
Hướng bơm

Bơm 2 phía

Tại 1480nm có hiệu suất lượng tử cao hơn
nhưng có hệ số nhiễu cao hơn, trong khi bơm
tại bước sóng 90nm có thể cung cấp một hệ số
nhiễu gần mức giới hạn lượng tử. Hệ số nhiễu
thấp phù hợp cho các ứng sụng tiền khuếch
đại.
Đặc điểm của EDFA

Phổ và nhiễu

Đặc điểm của EDFA

Sự bão hòa xảy ra khi công suất tín hiệu vào
EDFA lớn gây ra sự giảm hệ khuếch đại  giới
hạn công suất ra của bộ khuếch đại  công suất
tín hiệu ở ngõ ra bị hạn chế
Các ưu điểm của EDFA

Hoạt động tốt nhất trên băng tần C và L

Ít bị ảnh hưởng bởi sự phân cực

Độ khuếch đại cao

Hệ số nhiễu thấp : 4,5 dB đến 6dB

Tín hiệu không biến dạng ở tốc độ bit cao
Các ưu điểm của EDFA

Nguồn laser bán dẫn: độ tin cậy, gọn, công suất
cao

Cấu hình đơn giản: hạ giá thành hệ thống

Cấu trúc nhỏ gọn: dễ vận chuyển & thay thế
Khuyết điểm

Phải có bơm laser

Cần phải sử dụng một bộ cân bằng cho khuếch

đại nhiều tầng

Khó kết hợp với các thành phần khác

Phổ độ lợi không bằng phẳng