Bộ khuếch đại Raman là bộ khuếch đại sử dụng những tính chất bên trong sợi quang để khuyếch đại tín hiệu. Để hiểu rõ hơn về điều này mời các bạn tham khảo bài thuyết trình Bộ khuếch đại Raman sau đây. Với các bạn chuyên ngành Vật lý thì đây là tài liệu hữu ích.
Nội dung Text: Bài thuyết trình Bộ khuếch đại Raman
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
Bộ khuyếch đại kết hợp EDFA và DRA
(Hybrid EDFA/DRA Amplifier)
Mặc dù bộ khuyếch đại bằng sợi quang pha
tạp Erbium (EDFA) có thể hoàn toàn thay thế bộ
khuyếch đại Raman phân phối (DRA) trong các
hệ thống thông tin liên lạc, các nhà thiết kế vẫn
tìm cách nâng cao hơn nữa hiệu suất truyền tín
hiệu bằng cách kết hợp 2 bộ khuyếch đại.
EDFA
ωP ωP
DRA ωS’
ωS ωS’
Duy trì công suất và tần số
Khuyếch đại sóng tín hiệu sóng tín hiệu trong suốt quãng
đường truyền
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
