Bài giảng Bộ khuyếch đại Raman

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Bộ khuyếch đại Raman cung cấp cho các bạn những kiến thức về khái niệm bộ khuyếch đại Raman, phân loại bộ khuyếch đại Raman, cơ chế của bộ khuyếch đại Raman. Bài giảng phục vụ cho các bạn chuyên ngành Điện tử viễn thông và những bạn quan tâm tới lĩnh vực này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Bộ khuyếch đại Raman

Khi đọc qua tài liệu này, nếu phát hiện sai sót hoặc nội dung kém chất lượng xin hãy thông báo để chúng tôi sửa chữa hoặc thay thế bằng một tài liệu cùng chủ đề của tác giả khác. Bạn có thể tham khảo nguồn tài liệu được dịch từ tiếng Anh tại đây: http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html Thông tin liên hệ: Yahoo mail: thanhlam1910_2006@yahoo.com Gmail: frbwrthes@gmail.com
Bộ khuyếch đại Raman Bộ khuyếch đại Raman sử dụng những tính chất bên trong sợi quang để khuyếch đại tín hiệu.
Có 2 loại khuyếch đại Raman:  Khuyếch đại Raman phân phối (Distributed Raman Amplifier – DRA)  Khuyếch đại Raman kết hợp (Lumped Raman Amplifier – LRA)
Trong bộ khuyếch đại Raman kết hợp, người ta sử dụng một sợi quang chuyên dụng làm từ vật liệu phi tuyến có chiều dài ngắn và tiết diện nhỏ để cung cấp sự khuyếch đại. Tiết diện nhỏ của sợi quang làm gia tăng sự tương tác giữa sóng bơm và sóng tín hiệu (sự trộn 3 sóng) và do đó có thể giảm chiều dài sợi quang cần thiết.
Trong bộ khuyếch đại Raman phân phối, sự khuyếch đại dựa trên hiệu ứng tán xạ Raman kích thích (Stimulated Raman Scattering – SRS). Sóng tín hiệu được khuyếch đại nếu sóng bơm có tần số và công suất thích hợp được đưa vào trong sợi quang. Sự tắt dần của cường độ tín hiệu khi truyền trong sợi quang có thể được khắc phục
 Cơ chế của bộ khuyếch đại Raman phân phối là tán xạ Raman kích thích (SRS) 3. ωP >> ωS 3 điều kiện sóng bơm: 2. Phát đồng thời với sóng tín hiệu 1. Công suất lớn Signal Amplified Signal  Độ tăng cường Raman phụ thuộc vào:  Công suất bơm  Độ chênh lệch tần số giữa sóng bơm và sóng tín hiệu
Sự khuyếch đại xảy ra Pump, ωP khi photon của sóng bơm phóng thích năng lượng của nó để tạo thành photon mới có Signal, ωS bước sóng bằng bước sóng của sóng tín hiệu ωP = ω + Δω ω = nωS; n є Z+ ωS ωS Phần năng lượng ωP ω=ωS dư thừa Δω sẽ được hấp thụ bởi các phonon. Δω
Phân tử môi trường có nhiều trạng thái dao động phía trên trạng thái nền  Có nhiều chuyển dời khả dĩ thỏa: ωP = ω + Δω tùy thuộc vào tần số sóng bơm ω = nωS
Nhận xét: Độ tăng cường Raman (Raman Gain) gần như tăng tuyến tính theo tần số sóng bơm khi tần số sóng bơm nằm trong khoảng 0 -12 THz Sau đó độ tăng cường giảm đột ngột khi tần số sóng bơm lớn hơn Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ tăng cường Raman theo tần số 12 THz sóng bơm đối với sợi quang SiO2
Pump, ωP , PP z Signal, ωS , PS 0 L Biểu thức thể hiện sự thay đổi công suất sóng bơm và sóng tín hiệu theo khoảng cách z dPS αS ,αP : độ hao phí  g R PP PS   S PS (the fiber loss) của dz sóng tín hiệu và sóng bơm (1) khi truyền trong sợi quang dPP P gR : hệ số tăng cường  g R PP PS   P PP Raman trong sợi quang dz S (the Raman gain coefficient) (2) Dấu trừ thể hiện công suất sóng bơm giảm dần theo khoảng cách
dPS  g R PP PS   S PS (1) dz dPP P  g R PP PS   P PP (2) dz S Nếu chúng ta bỏ qua số hạng thứ nhất bên vế phải của phương trình (2) (số hạng thể hiện sự suy giảm của sóng bơm), ta được: Aeff: tiết diện hiệu  P dụng cho sự PS ( L)  PS (0) exp g R 0 Leff   S L   A tăng cường  eff Raman 1  exp(  P L) : chiều dài hiệu dụng đối với sóng bơm Leff  P
Độ tăng cường Raman (Raman Gain) đối với sóng tín hiệu:  P0  G  4,34 g R Leff   S L  KAeff  K: hệ số phân cực (polarization factor) G tính bằng đơn vị dB (decibel)  P0  G  4,34 g R Leff   S L  KAeff 
Trong thực nghiệm, khi đưa sóng bơm và sóng tín hiệu vào sợi quang, thường có 2 cách bố trí: Bơm đồng hướng Bơm ngược hướng Bơm ngược hướng được sử dụng phổ biến hơn độ nhiễu của sóng tín hiệu nhỏ. Bộ khuyếch đại Raman phân phối (Distributed Raman Amplifier – DRA) được sử dụng rộng rãi trong các hệ thông tin liên lạc đường dài, đặc biệt là hệ đa hợp chia bước sóng (Wavelength Division Multiplexing – WDM)
Hệ đa hợp chia bước sóng (WDM) là hệ khuyếch đại đồng thời nhiều sóng tín hiệu có tần số khác nhau (gọi là tín hiệu đa kênh (multi – channel), mỗi kênh phát ra một sóng tín hiệu tần số nhất định). Sự khuyếch đại Raman xảy ra bên trong sợi quang sẽ bù vào sự hao phí của tín hiệu trong quá trình truyền sóng Tín hiệu có thể truyền đi trên một khoảng cách lớn mà vẫn đảm bảo cường độ
Máy phát quang học (Optical Transmitter): phát các tín hiệu đa kênh Bộ đa hợp quang (Optical Multiplexer): tổng hợp các tín hiệu đa kênh để đưa vào sợi quang Sợi truyền quang (Transmision Fiber): truyền tín hiệu Bộ khuyếch đại quang (Optical Amplifier): khuyếch đại tín hiệu Bộ giải đa hợp quang (Optical Demultiplexer): phân giải tín hiệu trong sợi quang trở lại thành các tín hiệu đa kênh Máy thu quang (Optical Receiver): thu nhận các tín hiệu đa kênh
Hạn chế lớn nhất của bộ khuyếch đại Raman phân phối (DRA) là đòi hỏi sóng bơm phải có công suất rất lớn để đủ khuyếch đại sóng tín hiệu trong suốt quãng đường truyền. Người ta thường sử dụng bộ khuyếch đại bằng sợi quang pha tạp Erbium (Erbium-doped fiber amplifier – EDFA) hay kết hợp cả hai
Bộ khuyếch đại bằng sợi quang pha tạp Erbium (Erbium – Doped Fiber Amplifier) Bộ khuyếch đại bằng sợi quang pha tạp Erbium (còn được gọi là bộ khuyếch đại Erbium hay bộ khuyếch đại quang) là một thiết bị sử dụng một sợi quang có chiều dài ngắn pha tạp nguyên tố Erbium (Erbium là một nguyên tố IIIB hiếm thuộc họ Lantan)
Sợi quang pha tạp Erbium đóng vai trò như một môi trường cộng hưởng để khuyếch đại sóng tín hiệu thông qua sự tương tác giữa sóng bơm, sóng tín hiệu với các ion pha tạp.
Sóng bơm laser kích thích các ion tạp chất chuyển lên mức năng lượng cao hơn. Khi có sóng tín hiệu truyền qua, các ion tạp chất sẽ trở về mức năng lượng thấp hơn và phóng thích photon có tần số bằng đúng tần số của sóng tín hiệu  Sóng tín hiệu được khuyếch đại ωS ωS Sự xuất hiện các mức tạp chất cho phép giảm ωP ωS công suất sóng bơm  Khắc phục được hạn chế của DRA