Với sự phát triển nhanh chóng của mạng thông tin quang, độ dài đường truyền dài hơn được yêu cầu. Bộ khuếch đại quang có thể thỏa mãn các yêu cầu của mạng thông tin quang. Bộ khuếch đại quang là thiết bị khuếch đại tín hiệu quang trực tiếp mà không cần chuyển đổi đầu tiên thành tín hiệu điện. Bộ khuếch đại quang học có thể được coi là một tia laser không có khoang quang học hoặc một trong đó phản hồi từ khoang bị triệt tiêu. Bài đăng này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về bộ khuếch đại quang.
Một liên kết truyền thông quang cơ bản bao gồm một bộ phát và bộ thu, với một sợi cáp quang kết nối chúng. Mặc dù tín hiệu truyền trong cáp quang bị suy hao ít hơn nhiều so với các phương tiện khác, chẳng hạn như đồng, nhưng vẫn có một giới hạn về khoảng cách 100 km mà tín hiệu có thể truyền đi trước khi trở nên quá nhiễu để được phát hiện.
Bộ khuếch đại quang được sử dụng rộng rãi trong các liên kết dữ liệu sợi quang. Hình 1 cho thấy ba cách trong đó bộ khuếch đại quang có thể được sử dụng để tăng cường hiệu suất của các liên kết dữ liệu quang. Bộ khuếch đại tăng cường được sử dụng để tăng công suất quang của bộ phát quang ngay trước khi tín hiệu đi vào sợi quang. Tín hiệu quang bị suy giảm khi đi trong sợi quang. Bộ khuếch đại nội tuyến được sử dụng để khôi phục (tái tạo) tín hiệu quang về mức công suất ban đầu. Bộ tiền khuếch đại quang được vận hành ở cuối liên kết sợi quang để tăng độ nhạy của bộ thu quang.
Hình 1. Bộ khuếch đại quang trong liên kết truyền thông sợi quang Các tính năng của Bộ khuếch đại quang
- Tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào
- Đạt được như một sự biến đổi của sức mạnh thiếu hụt
- Dải bước sóng mà bộ khuếch đại có hiệu quả
- Công suất đầu ra tối đa, vượt quá mà không đạt được bộ khuếch đại
- tín hiệu không mong muốn do xử lý vật lý trong bộ khuếch đại
Các loại bộ khuếch đại quang học
Có ba loại bộ khuếch đại quang được sử dụng phổ biến nhất, được hiển thị từ trái sang phải: bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium, bộ khuếch đại quang bán dẫn và bộ khuếch đại Raman sợi quang.
Môi trường khuếch đại là một sợi quang thủy tinh pha tạp các ion erbium. Erbium được bơm đến trạng thái nghịch đảo dân số với một đầu vào quang học riêng biệt. Môi trường khuếch đại quang bằng thủy tinh pha tạp erbium khuếch đại ánh sáng ở bước sóng nằm trong vùng lân cận 1550nm - bước sóng quang bị suy giảm tối thiểu trong sợi quang. Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp erbi (EDFA) là bộ khuếch đại sợi quang được triển khai nhiều nhất. Bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium (EDFA) có độ nhiễu thấp và có thể khuếch đại nhiều bước sóng đồng thời, làm cho EDFA trở thành bộ khuếch đại được lựa chọn cho hầu hết các ứng dụng trong truyền thông quang.
Hình 2. Nguyên lý làm việc của bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium
Phương tiện thu được là InGaAsP không mở rộng. Vật liệu này có thể được thiết kế riêng để khuếch đại quang học ở bước sóng gần 1,3 µm hoặc gần 1,5 µm - những bước sóng quan trọng đối với truyền thông quang học. Các chất bán dẫn khác có thể được sử dụng để khuếch đại tín hiệu quang ở các bước sóng khác. Các mặt đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại được phủ chống phản xạ để ngăn phản hồi quang học đến môi trường khuếch đại và ống kính. Bộ khuếch đại quang bán dẫn với các tính năng của gói nhỏ, ứng dụng chi phí thấp và tiềm năng sử dụng cho chuyển mạch quang, nó có thể là sự lựa chọn tuyệt vời phù hợp với hầu hết khách hàng.
Hình 3. Nguyên lý làm việc của bộ khuếch đại quang bán dẫn
Trong bộ khuếch đại Raman, tín hiệu được tăng cường bởi khuếch đại Raman. Không giống như EDFA và SOA, hiệu ứng khuếch đại thu được do tương tác phi tuyến giữa tín hiệu và tia laser bơm bên trong sợi quang. Có hai loại bộ khuếch đại Raman: phân tán và gộp. Bộ khuếch đại Raman phân tán là bộ khuếch đại trong đó sợi truyền dẫn được sử dụng làm phương tiện khuếch đại bằng cách ghép bước sóng bơm với bước sóng tín hiệu, trong khi bộ khuếch đại Raman gộp sử dụng sợi quang chuyên dụng, có chiều dài ngắn hơn để cung cấp khả năng khuếch đại.
Hình 4. Nguyên lý làm việc của bộ khuếch đại Raman
Bộ khuếch đại quang đóng một vai trò rất quan trọng trong các mạng quang hiện đại, cho phép truyền tải nhiều terabit dữ liệu trên khoảng cách xa lên đến hàng nghìn km.
