Download miễn phí Khuếch đại Raman trong hệ thống thông tin quang
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU i
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH VẼ v
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG 1
1.1.Giới thiệu chung 1
1.2. Nguyên lý bộ khuếch đại quang 1
1.3.Phân loại khuếch đại quang 3
1.4. Hệ số độ lợi 3
1.5. Băng thông độ lợi 5
1.6. Công suất ngõ ra bão hoà 5
1.6.1. Độ lợi bão hoà 5
1.6.2. Công suất ngõ ra bão hoà 6
1.7. Hệ số nhiễu 7
1.8. Ứng dụng bộ khuếch đại quang 7
Kết luận chương I 9
CHƯƠNG II:BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN 10
2.1.Tán xạ Raman 10
2.1.1.Ánh sáng 10
2.1.2.Tương tác của ánh sáng và môi trường 10
2.1.3.Sợi quang 11
2.1.4.Quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang 13
2.1.5.Tính chất phi tuyến của sợi quang 16
2.1.6.Tán xạ ánh sáng 18
2.1.7.Tán xạ Raman 19
2.2. Ưu điểm của khuếch đại Raman 21
2.2.1.Cải thiện hệ số nhiễu 21
2.2.2. Cải thiện hệ số phẳng 23
2.3.Nguyên lý hoạt động bộ khuếch đại Raman 26
2.4.Bơm và phương trình tín hiệu 27
2.4.1. Phổ độ khuếch đại Raman. 29
2.4.2.Bộ khuếch đại Raman đơn bơm. 34
2.4.3 Khuếch đại Raman đa bơm. 43
2.5.Nguồn nhiễu trong bộ khuếch đại Raman 47
2.6.Phân loại các bộ khuếch đại Raman 49
2.6.1.Khuếch đại Raman phân bố DRA (Distributed Raman Amplifier) 49
2.6.2.Khuếch đại Raman tập trung LRA (Lumped Raman Amplifier) 51
2.6.3.Bộ khuếch đại quang lai ghép Raman/EDFA 51
Kết luận chương II 52
CHƯƠNG 3 :ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN 53
3.1.Ứng dụng trong hệ thống WDM 53
3.2. Ứng dụng vào thiết bị khuếch đại quang OPTera Long Haul 1600G – CQ40Gbit/s Nortel 54
3.2.1. Giới thiệu chung hệ thống OPTera Long Haul 1600 54
3.2.1.1 1600 Amplifier 56
3.2.1.2.MOR Plus Amplifier 57
3.2.1.3.Wavelength Combiner 57
3.2.1.4.Wavelength Translator 57
3.2.1.5.Dense Regenerator 58
3.2.1.6.Optical Dedicated Protection Ring 58
3.2.2. Sơ đồ nguyên lý của một trạm có khuếch đại Raman 58
3.2.3. Chức năng các thành phần. 60
3.2.3.1.Các bộ khuếch đại Raman Dra-A và Dra-B: 60
3.2.3.2.Card phân tích phổ quang OSA 62
3.2.3.3.Bộ bù tán sắc và suy hao MSA 63
3.2.3.4.Card kênh dịch vụ quang OSC đơn chiều UniOSC 63
3.2.3.5.Card khuếch đại kép ( Dual Amplifier Circuit Pack ) 64
3.2.3.6.Card khuếch đại Booster 65
Kết luận chương III 66
KẾT LUẬN 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG
1.1.Giới thiệu chung
Đối với tín hiệu quang, khi khoảng cách truyền dẫn lớn, sự suy giảm tín hiệu là không thể tránh khỏi. Do vậy, trên một đường truyền dẫn thông tin, tất yếu phải có bộ lặp nhằm khôi phục tín hiệu quang, khôi phục lại dạng xung, khôi phục lại biên độ... Trong hệ thống thông tin cũ, các bộ lặp thường được thực hiện trên điện. Tín hiệu quang được truyền qua một bộ chuyển đổi O/E, sau khi khuếch đại, nó lại qua bộ E/O để thực hiện truyền dữ liệu tiếp đến đích.
Hình 1.1:Bộ lặp quang điện
Các hệ thống hiện nay (WDM – Wavelength Division Multiplexing), số lượng bước sóng là rất nhiều. Nếu sử dụng bộ lặp như hiện nay, tức là khuếch đại tín hiệu trên tín hiệu điện, thì sẽ phải cần rất nhiều các bộ lặp khác nhau, mỗi bộ lặp thực hiện khuếch đại một bước sóng. Điều này sẽ làm cho chi phí tăng lên rất nhiều lần, mà hiệu quả không cao. Để giải quyết chúng ta đặt ra vấn đề phải thực hiện khuếch đại ngay trên tín hiệu quang.
Điều này sẽ dẫn tới có một số ưu điểm sau (so với trạm lặp):
+) Không cần chuyển đổi E/O và O/E, nên mạch linh động hơn, đỡ cồng kềnh.
+) Có thể khuếch đại cùng lúc nhiều bước sóng.
+) Không phụ thuộc vào cách điều chế và tốc độ bit.
1.2. Nguyên lý bộ khuếch đại quang
Nguyên lý khuếch đại quang dựa trên nguyên lý phát xạ kích thích và không có cộng hưởng trong khuếch đại.
Hiện tượng phát xạ kích thích là một trong ba hiện tượng biến đổi quang điện được ứng dụng trong thông tin quang. Các hiện tượng này được minh hoạ trong hình 1.2.
Hình 1.2: Các hiện tượng biến đổi quang điện
Hiện tượng hấp thụ xảy ra khi có ánh sáng tới có năng lượng Ev = hf12 tác động vào vật liệu có độ rộng vùng cấm Eg = E2 – E1 bằng nhau (Ev = Eg). Khi đó, điện tử sẽ nhận năng lượng và được nhẩy lên mức năng lượng cao hơn. Đây chính là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng suy hao cho tín hiệu quang.
Hiện tượng phát xạ tự phát xảy ra khi một điện tử ở mức năng lượng cao chuyển xuống mức năng lượng thấp, đồng thời phát ra một photon có mức năng lượng Ev bằng độ lớn dải cấm Eg. Mỗi một vật liệu sẽ có một thời gian sống khác nhau, khi hết thời gian sống nó sẽ thực hiện bức xạ tự phát. Đây chính là nguyên nhân gây ra nhiễu của bộ khuếch đại.
Hiện tượng phát xạ kích thích xảy ra khi có một ánh sáng có năng lượng photon Ev chính bằng năng lượng dải cấm Eg. Khi đó, một điện tử ở mức năng lượng cao sẽ bị chuyển xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon có cùng pha với ánh sáng kích thích. Đây chính là nguyên lý khuếch đại của bộ khuếch đại quang.
Có thể dễ dàng nhận thấy rằng, hiện tượng bức xạ tự phát có thể xảy ra bất kỳ lúc nào, và sẽ gây ra nhiễu cho bộ khuếch đại, được gọi là nhiễu tự phát (ASE). Hiện tượng hấp thụ thì sẽ gây ra suy yếu bộ khuếch đại. Như vậy, nếu mật độ năng lượng trong vật liệu khuếch đại là thấp sẽ gây ra hiện tượng hấp thụ lớn. Điều đó dẫn đến, nếu muốn khuếch đại lớn chúng ta phải thực hiện đảo mật độ hạt.
8X5ywuPnU1d0PIY
