TRƯỜNG: CĐ CNTT HỮU NGHỊ VIỆT HÀN
KHOA : TIN HỌC ỨNG DỤNG
TÊN : TRẦN THỊ MINH PHƯƠNG
LỚP : VT02A
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT
ĐỀ TÀI: 


I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Với nhu cầu về chiều dài đường truyền lớn, khuếch đại quang trở thành một thành phần
thiết yếu trong hệ thống quang đường dài. Có ba loại thiết bị quang đang được sử dụng
hiện nay là: EDFA, RAMAN và HFA. RAMAN mặc dù được phát hiện trước EDFA
nhưng mới được triển khai trong những năm gần đây. Chính vì điều này em muốn tìm
hiểu về cấu tạo, nguyên lí hoạt động của sợi RAMAN để từ đó so sánh những ưu điểm và
những hạn chế của thiết bị khuếch đại RAMAN so với thiết bị khuếch đại EDFA.
II. Ý NGHĨA THỰC TIỄN:
RAMAN ngày nay hứa hẹn sẽ được sử dụng rộng rãi vì vậy khi tìm hiểu được nguyên
lí hoạt động, những ưu và nhược điểm của khuếch đại quang này sẽ giúp chúng ta áp
dụng vào trong thiết kế, tận dụng được những ưu điểm khi sử dụng bộ khuếch đại này.
III. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN:
THỜI
GIAN
CÔNG VIỆC KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ
TUẦN I
(26/3-
02/4)
- Viết đề cương sơ bộ
- Tìm, sưu tầm tài liệu
về khuếch đại RAMAN
- Hoàn thành đề cương
sơ bộ

1.1.1 Sợi quang
1.1.2 Hiệu ứng tán xạ Raman SRS
1.2 Đặc tính của tán xạ Raman kích thích
1.2.1 Phổ khuếch đại Raman
1.2.2 Ngưỡng Raman
1.3 Ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích trong thông tin quang
1.3.1 Ảnh hưởng của SRS đối với hệ thống đơn kênh
1.3.2 Ảnh hưởng của SRS trong hệ thống WDM
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH KHUYẾCH ĐẠI TÍN
HIỆU QUANG
2.1 Bộ khuyếch đại quang Raman
2.1.1 Cấu tạo của bộ khuếch đại Raman
2.1.2 Nguyên lý bơm
2.1.3 Hệ số khuyếch đại và băng tần của bộ khuyếch đại Raman
2.1.4 Nhiễu trong các bộ khuyếch đại Raman
2.1.5 Khuyếch đại Raman phân bố DRA (Distributed Raman Amplifier)
2.1.6 Khuyếch đại Raman tập trung LRA (Lumped Raman Amplifier)
2.2 Ứng dụng bộ khuyếch đại quang Raman trong hệ thống WDM
CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH KHẢO SÁT THIẾT KẾ TUYẾN CÓ ỨNG DỤNG
KHUẾCH ĐẠI RAMAN ( dùng phần mềm optical system)
3.1 Tính toán tham số
3.2 Kết quả thiết kế tuyến có ứng dụng bộ khuếch đại Raman
3.2.1 Kết quả thay đổi phổ khuyếch đại Raman
3.2.2 Kết quả thay đổi bước sóng bơm
3.2.3 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của SRS
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
 !"#
1.1 Tổng quan về tán xạ Raman
1.1.1 Sợi quang

Trong đó: gr là hệ số khuếch đại Raman, Po là bước sóng đưa vào sợi tại bước sóng tín
hiệu, K là hệ số đặc trưng cho mối quan hệ phân cực giữa tín hiệu, sóng Stoke và sợi(K
gần bằng 2). Trong hệ thống WDM , hiệu ứng này cũng hạn chế số lượng kênh, khoảng
cách giữa các kênh, công suất của từng kênh và tổng chiều dài của hệ thống. Hơn nữa nếu
bước sóng mới tạo ra lại trùng với kênh tín hiệu thì sẽ gây xuyên âm giữa các kênh.
1.2 Đặc tính của tán xạ Raman kích thích
1.2.1 Phổ khuếch đại Raman
Phổ khuếch đại Raman trong sợi silica pha tap được mô tả trong hình . Dải thông khuếch
đại rộng trên 40THz với đỉnh tối ưu gần 13,2 THz và dịch chuyển theo phổ bơm , giá trị
đỉnh của độ khuếch đại tỉ lệ nghịch với bước sóng bơm. Trong viển thông, băng thông
13,2 THz là xấp xỉ 100 nm tương ứng với bước sóng 1550 nm. Do đó đáp ứng cảu sợi
raman với thủy tinh silic không rộng nên cần phải bố trí nhiều bơm cách nhau khoảng
vài nm để có thể có bộ khuếch đại kết hợp trùm cả băng thông khuếch dại của EDFA
3

1.2.2 Ngưỡng Raman
1.3 Ảnh hưởng của tán xạ Raman kích thích trong thông tin quang
1.3.1 Ảnh hưởng của SRS đối với hệ thống đơn kênh
Nếu đưa vào trong sợi quang hai hay nhiều tín hiệu có bước sóng khác nhau thì SRS gây
ra sự chuyển năng lượng từ các kênh có bước sóng thấp sang các kênh có bước sóng cao
hơn (xem hình). Sự chuyển năng lượng từ kênh tín hiệu có bước sóng thấp sang kênh tín
hiệu có bước sóng cao là một hiệu ứng cơ bản làm cơ sở cho khuếch đại quang và laser.
Năng lượng của photon ở bước sóng λ là hc/λ với h là hằng số Planck (6.63x10-34 Js). Do
đó, photon của bứơc sóng thấp có năng lượng cao hơn. Sự chuyển năng lượng từ tín hiệu
bước sóng thấp sang tín hiệu bước sóng cao tương ứng với sự sinh ra các photon năng
lượng thấp từ các photon năng lượng cao hơn

Hình: Ảnh hưởng của SRS. Năng lượng từ kênh bước sóng thấp được chuyển sang
kênh bước sóng cao hơn.
Không giống như SBS, SRS là một hiệu ứng băng rộng. Hình 1.8 cho thấy độ lợi là một

1
13
−
×≈
g
R
m/W tại λ = 1550 nm. Lấy α = 0.046 1/km=0.2 dB/Km
và
m
A
eff
µ
55
2
=
, tính được
P
thSRS
= 405mW cho một kênh. Con số này cho thấy có thể bỏ
qua SRS trong hệ thống đơn kênh
Một cách khác để tính công suất ngưỡng này là :

λα
d
P
thSRS
22
109.5
×
−

được khuếch đại dọc theo toàn bộ chiều dài của sợi quang silic bình thường.Gồm các
thành phần sau:
 /01234 (Pump laser): để truyền năng lượng vào sợi truyền dẫn thông qua bộ ghép
quang hay là dùng để cung cấp năng lượng cho các nguyên tử của sợi quang chuyển lên
trạng thái kích thích, giúp tạo ra sự nghịch đảo nồng độ.
567189:);<) là sợi quang thông thường được sử dụng đồng thời như một sợi
khuếch đại. Trong khuếch đại quang này không cần sử dụng sợi quang đặc biệt (pha ion
Erbium) như bộ khuếch đại EDFA.
=>*?@ (Coupler): dùng để ghép bước sóng tín hiệu vào với sóng bơm.
=ABA*C9 (Isolator): đặt ở hai đầu của bộ khuếch đại quang để ngăn chặn tín hiệu
phản xạ ở hai đầu bộ khuếch đại. Đồng thời nó cũng giúp loại trừ nhiễu ASE theo hướng
ngược về phía đầu vào có thể gây ảnh hưởng đến tín hiệu đầu vào.
2.1.1.b. Nguyên lí hoạt động:
Để có khuếch đại Raman thì phải tạo ra sự nghịch đảo nồng độ. Điều này đạt được bằng
cách cung cấp năng lượng cho các nguyên tử của sợi quang từ một laser bơm có bước
sóng thấp hơn bước sóng của tín hiệu. Khi đó, các nguyên tử của sợi quang sẽ hấp thụ
năng lượng bơm có năng lượng cao (bước sóng ngắn) và chuyển lên mức năng lượng cao
hơn. Khi có tín hiệu đến, nó sẽ kích thích các nguyên tử đang ở mức năng lượng cao
chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn và giải phóng ra một năng lượng dưới dạng
photon ánh sáng có cùng bước sóng (dài hơn bước sóng bơm) và cùng pha với tín hiệu
đến. Do đó, tín hiệu đã được khuếch đại.
6
Sơ đ chuyn năng lưng trong khuch đi Raman
Nguyên lý hoạt động của khuếch đại raman
Theo cơ chế lượng tử, thì đây là quá trình trong đó một photon bơm tần số V
p
kích thích
một phân tử môi trường từ mức năng lượng g lên mức năng lượng ảo , phần tử năng
lượng này nhanh chóng nhảy xuống mức năng lượng g’ thấp hơn và phát ra 1 photon tần
số V

Hình mô tả cấu hình bơm cùng hướng và ngược hướng
2.1.2.b. Cấu hình bơm ngược hướng:
Nếu dùng cấu hình bơm ngược, các dao động của công suất bơm Raman sẽ lấy được công
suất bơm trung bình ở ngõ ra, nhờ đó có thể giảm được nhiễu khuếch đại cộng bơm. Do
đó, cấu hình bơm ngược được sử dụng phổ biến hơn. Tuy nhiên,với các nguồn bơm thấp
sẵn có như hiện nay, các sơ đồ bơm cùng hướng và ngược hướng vẫn có thể áp dụng
trong thực tế.
2.1.3 Hệ số khuyếch đại và băng tần của bộ khuyếch đại Raman
Hệ số khuếch đại Raman tăng hầu như tuyến tính với độ chênh lệch bước sóng giữa tín
hiệu và nguồn bơm (wavelength offset), đạt giá trị đỉnh tại 100 nm và giảm nhanh chóng
sau đó. Trong hình cũng cho thấy, băng thông độ lợi của khuếch đại Raman có thể đạt
được từ 45-50nm 8
Hình: Sơ đồ hệ số khuếch đại
- Nếu dải tần của các tín hiệu cần khuếch đại Raman lớn hơn băng thông độ lợi của
khuếch đại Raman (giả sử 40nm), cần phải sử dụng nhiều nguồn bơm khác nhau. Mỗi
nguồn bơm có bước sóng cách nhau khoảng 40nm (bằng với băng thông độ lợi). Khi đó,
dải tần lớn của các tín hiệu có thể được khuếch đại một cách hiệu quả. Tuy nhiên, do đặc
tính khuếch đại của khuếch đại Raman và do khoảng của các bước sóng bơm, băng thông
độ lợi tổng cộng có dạng gợn sóng
Hình: độ rộng băng tần
Nếu dải tần của các tín hiệu cần khuếch đại Raman lớn hơn băng thông độ lợi của khuếch
đại Raman (giả sử 40nm), cần phải sử dụng nhiều nguồn bơm khác nhau. Mỗi nguồn bơm
có bước sóng cách nhau khoảng 40nm (bằng với băng thông độ lợi). Khi đó, dải tần lớn
của các tín hiệu có thể được khuếch đại một cách hiệu quả (xem Hình a). Tuy nhiên, do
đặc tính khuếch đại của khuếch đại Raman và do khoảng của các bước sóng bơm, băng
thông độ lợi tổng cộng có dạng gợn sóng như hình Hình b.
2.1.4 Nhiễu trong các bộ khuyếch đại Raman

của hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM.
- Hệ số khuếch đại thấp.
- Hiệu suất khuếch đại thấp hơn so với EDFA: khuếch đại Raman cần một công suất bơm
lớn hơn để đạt cùng một giá trị độ lợi.

10