Bộ khuyếch đại Raman

Lưu lại thông tin cần thiết: Địa chỉ bạn đã tải: http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html Nơi bạn có thể thảo luận: http://myyagy.com/mientay/ Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí: http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html Dự án dịch học liệu mở: http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html Liên hệ với người quản lí trang web: Yahoo: 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

 Độ tăng cường Raman phụ thuộc vào:  Công suất bơm  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  Độ tăng cường Raman phụ thuộc vào:  Công suất bơm  Độ chênh lệch tần số giữa sóng bơm và sóng tín hiệu Amplified Signal

Sự khuyếch đại xảy ra khi photon của sóng bơm phóng thích năng lượng của nó để tạo thành photon mới có bước sóng bằng bước sóng của sóng tín hiệu Pump, ωP Signal, ωS ωP = ω + Δω ω = nωS; n є Z+ ωS ωS Phần năng lượng dư thừa Δω sẽ được hấp thụ bởi các phonon. ω=ωS ωP 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 12 THz Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ tăng cường Raman theo tần số sóng bơm đối với sợi quang SiO2

Pump, ωP , PP z Signal, ωS , PS L Biểu thức thể hiện sự thay đổi công suất sóng bơm và sóng tín hiệu theo khoảng cách z αS ,αP : độ hao phí (the fiber loss) của sóng tín hiệu và sóng bơm khi truyền trong sợi quang gR : hệ số tăng cường Raman trong sợi quang (the Raman gain coefficient) (1) (2) Dấu trừ thể hiện công suất sóng bơm giảm dần theo khoảng cách

(1) (2) 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 dụng cho sự tăng cường Raman : chiều dài hiệu dụng đối với sóng bơm

Độ tăng cường Raman (Raman Gain) đối với sóng tín hiệu: K: hệ số phân cực (polarization factor) G tính bằng đơn vị dB (decibel)

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 hiếm thuộc họ Lantan) IIIB

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 Sự xuất hiện các mức tạp chất cho phép giảm công suất sóng bơm  Khắc phục được hạn chế của DRA ωS ωP ωS

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 sóng tín hiệu trong suốt quãng đường truyền Khuyếch đại sóng tín hiệu