TÌM HIỂU VỀ BỘ KHUẾCH ĐẠI QUANG RAMAN

HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG SỬ DỤNG BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN

Tán xạ ánh sáng.

Khi ánh sáng truyền qua môi trường vật chất trong suốt thì phần lớn ánh sáng truyền thẳng và một phần nhỏ sẽ bị tán xạ. Môi trường có thể gây ra nhiều loại tán xạ trong đó điển hình là tán xạ Rayleigh, tán xạ Brillouin, tán xạ Raman… Tuỳ thuộc vào loại vật chất, ánh sáng, điều kiện môi trường… mà mỗi loại tán xạ xảy ra khác nhau.

Tán xạ Rayleigh là quá trình tán xạ đàn hồi, tần số ánh sáng tán xạ bằng tần số ánh sáng tới. Trạng thái của các phân tử vật chất do tán xạ Rayleigh không thay đổi sau khi ánh sáng truyền qua. Ngược lại, tán xạ Brillouin và tán xạ Ramman là các quá trình tán xạ không đàn hồi, các nguyên tử bị kích thích khi có ánh sáng đi qua và tần số ánh sáng tán xạ bị dịch chuyển so với tần số của ánh sáng tới.

a-Quá trình tán xạ đàn hồi     b-Quá trình tán xạ không đàn hồi.

Hình 3.17 Quá trình tán xạ ánh sáng

Quá trình tán xạ không đàn hồi có sự tham gia của các phonon. Trong quá trình này các phonon có thể sinh ra hoặc bị hấp thụ. Mức thay đổi tần số của ánh sáng tán xạ so với ánh sáng tới bằng với tần số của phonon. Tán xạ Brilloin liên quan đến các phonon âm học còn tán xạ Raman liên quan đến các phonon quang học. Do đó ánh sáng tán xạ Raman có mức dịch chuyển tần số lớn hơn ánh sáng tán xạ Brilloin. Nếu ánh sáng tán xạ có tần số nhỏ hơn ánh sáng tới thì ánh sáng tán xạ được gọi là ánh sáng Stoke và quá trình tán xạ được gọi là tán xạ Stoke. Ngược lại, nếu ánh sáng tán xạ có tần số lớn hơn ánh sáng tới thì  ánh sáng tán xạ được gọi là ánh sáng phản Stoke và quá trình tán xạ được gọi là tán xạ phản Stoke. Với tán xạ không đàn hồi, đơn vị đo độ dịch tần của ánh sáng tán xạ là (rad/s) hoặc là cm  với (  là dịch chuyển tần số theo cm ,  là dịch chuyển tần số theo rad/s và c là vận tốc của ánh sáng trong chân không theo cm/s).

Các hiệu ứng tán xạ sẽ làm giới hạn công suất quang lớn nhất có thể truyền ở trong sợi. Trong hệ thống WDM tán xạ là nguyên nhân gây nhiễu giữa các kênh. Tuy nhiên tán xạ Raman cũng được ứng dụng trong các bộ khuếch đại quang Raman ở những bước sóng mà bộ khuếch đại quang EDFA không phù hợp. Hiệu ứng tán xạ Brilloin là nguyên lý trong các bộ cảm ứng đo nhiệt độ môi trường tại những nơi mà bộ cảm ứng điện không phù hợp.

Tần số

Hình 3.18 Tần số của ánh sáng tán xạ.

Tán xạ Raman

Tán xạ Raman được phân chia thành hai loại: Tán xạ Raman tự phát (Spontaneous Raman Scattering) và tán xạ Raman kích thích (Stimulated Raman Scattering). Hiệu ứng tán xạ Raman tự phát đã được dự đoán bởi Smekal vào năm 1923 và đến năm 1928 được Raman chỉ ra bằng thực nghiệm.

Trong quá trình tán xạ Raman tự phát, ánh sáng tới tương tác với môi trường làm sinh ra các photon. Tuỳ thuộc vào bản chất của môi trường các photon sinh ra sẽ có tần số lớn hơn hoặc nhỏ hơn tần số của ánh sáng tới.

Giản đồ năng lượng của quá trình tán xạ Raman được thể hiện trên (hình 3.19). Electron sẽ chuyển từ trạng thái khởi đầu (trạng thái cơ bản) lên trạng thái ảo (trạng thái kích thích) khi hấp thụ một photon có năng lượng bằng hiệu năng lượng giữa trạng thái ảo và trạng thái khởi đầu. Khi chuyển từ trạng thái ảo về trạng thái cuối electron sẽ phát xạ một photon có năng lượng bằng hiệu năng lượng trạng thái ảo và trạng thái cuối.

Nếu như trạng thái khởi đầu có năng lượng thấp hơn năng lượng của trạng thái cuối, tần số photon phát xạ sẽ nhỏ hơn tần số ánh sáng tới và quá trình tán xạ tạo ra ánh sáng Stoke.

Hình 3.19  Giản đồ năng lượng quá trình tán xạ Raman.

(a)Tán xạ Stoke   (b)Tán xạ phản Stoke.

Giả sử , lần lượt là tần số của ánh sáng tới và ánh sáng tán xạ,  là tần số phonon được sinh ra. Khi đó theo định luật bảo toàn chuyển hoá năng lượng thì - .

Ngược lại nếu trạng thái cuối có năng lượng thấp hơn thì quá trình tán xạ tạo ra ánh sáng phản Stoke có tần số , chêch lệch giữa mức năng lượng trạng thái khởi đầu và trạng thái cuối chính là năng lượng của một phonon. Thực tế, tán xạ phản Stoke thường yếu hơn tán xạ Stoke.

Tần số của các photon tán xạ được xác định bằng tần số dao động của nguyên tử. Với thuỷ tinh, quang phổ của ánh sáng tán xạ Raman gồm nhiều thành phần tần số khác nhau là do các nguyên tử trong thuỷ tinh dao động trong một khoảng tần số rất rộng.

Hiệu ứng tán xạ Raman tự phát được ứng dụng để xác định cấu trúc của các phân tử, thành phần cấu tạo và loại liên kết trong các phân tử đó.

Khi ta tăng dần công suất bơm đầu vào thì công suất của sóng Stoke cũng tăng dần. Nhưng nếu như công suất sóng bơm vượt quá một giá trị xác định thì công suất sóng Stoke sẽ tăng lên rất nhanh theo hàm mũ. Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là quá trình tán xạ Raman kích thích.

 Nguyên lý hoạt động bộ khuếch đại Raman.

Khuếch đại Raman dựa trên hiện tượng tán xạ Raman kích thích (Stimulated Raman Scattering). Tán xạ Raman kích thích là hiện tượng một nguyên tử hấp thụ năng lượng của một photon, sau đó tạo ra một photon có năng lượng khác. Vì vậy, tán xạ Raman kích thích được định nghĩa là hiện tượng photon thứ cấp được sinh ra do nguồn bên ngoài.

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 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 bằng hiệu ứng tán xạ Raman kích thích.

Hình 3.20 Sơ đồ chuyển năng lượng trong khuếch đại Raman

Dựa trên giản đồ năng lượng trên, tần số ánh sáng bơm f_bơm và tần số ánh sáng được khuếch đại f_{khuếch đại} được tính như sau

                                  f_bơm= E_3­-E₁                                                                              (3.22)

                                  f_{khuếch đại}= (E₂-E₁)/h                                             (3.23)

Trong đó: h là hằng số Plank;E₁, E₂, E₃ là năng lượng của các trạng thái năng lượng cao(transition state), trạng thái năng lượng trung gian (vibrationstate) và trạng thái năng lượng thấp (groundstate) của các nguyên tử trong sợi quang.

Trong khuếch đại Raman, tín hiệu quang được khuếch đại dọc theo toàn bộ chiều dài của sợi quang silic bình thường. Cấu trúc của một bộ khuếch đại Raman được minh họa trong hình 3.21.

Hình 3.21 Cấu trúc bộ khuếch đại Raman

-         Sợi quang: là nơi xảy ra quá trình khuếch đại. Sợi quang này cũng là sợi quang truyền tín hiệu như sợi SMF, DSF…..

-         Bộ ghép (Coupler): dùng để ghép các bước sóng tín hiệu vào sóng bơm

-         Laser bơm (Pump Laser): 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

-         Bộ cách ly (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.

Có một số cấu hình bơm phổ biến cho khuếch đại quang Raman như: Có thể dùng cách bơm cùng hướng tức là bơm cùng chiều với chiều tín hiệu. Cũng có thể bơm ngược hướng tức là bơm ngược với hướng truyền tín hiệu.

Hình 3.22 Cấu hình bơm cùng hướng

Pump

Fiber

Isolatorrrr

Signal

Hình 3.23 Cấu hình bơm ngược hướng

Các thông số kỹ thuật.

Độ lợi (Gain).

Độ lợi của một bộ khuếch đại quang là tỷ số giữa công suất quang ở ngõ ra chia cho công suất quang ngõ vào.

                                         G=                                                                    (3.24)

     G(dB) = 10.log [  ]      

Trong đó :

G: độ lợi tín hiệu của bộ khuếch đại quang;

, : công suất tín hiệu ánh sáng ở ngõ vào và ngõ ra của bộ khuếch đại quang(mW)

Độ lợi là một thông số quan trọng của bộ khuếch đại. Nó đặc trưng cho khả năng khuếch đại công suất ánh sáng của bộ khuếch đại. Tuy vậy, độ lợi của một bộ khuếh đại bị giới hạn bởi các cơ chế bão hoà độ lợi. Điều này làm giới hạn công suất quang ra cực đại của bộ khuếch đại quang.

Băng thông độ lợi.

      Độ lợi của bộ khuếch đại quang không bằng nhau cho tất cả các tần số của tín hiệu quang vào. Nếu đo độ lợi G của các tín hiệu quang với các tần số khác nhau, một đáp ứng tần số quang của bộ khuếch đại G(f) sẽ đạt được. Đây chính là phổ độ lợi của bộ khuếch đại quang.

      Băng thông độ lợi của bộ khuếch đại quang Bo được xác định bởi điểm -3dB so với độ lợi đỉnh của bộ khuếch đại. Giá trị Bo xác định băng thông của các tín hiệu có thể được truyền bởi một bộ khuếch đại quang. Do đó, ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống thông tin quang khi sử dụng chúng như các bộ lặp hay bộ tiền khuếch đại.

Công suất ngõ ra bão hoà (Saturation Output Power).

Khi còn hoạt động ở chế độ tín hiệu nhỏ, công suất quang ở ngõ ra sẽ tăng tuyến tính với công suất quang ở ngõ vào theo hệ số độ lợi G: =G. .  Tuy nhiên, công suất ngõ ra không thể tăng mãi được bằng thực nghiệm, người ta thấy rằng trong tất cả các bộ khuếch đại quang, khi công suất ngõ vào  tăng đến một mức nào đó G bắt đầu giảm. Kết quả là công suất ra không còn tăng tuyến tính với tín hiệu ngõ ra nữa mà đạt trạng thái bão hoà. Sự thay đổi của tín hiệu quang ngõ ra so với công suất quang ngõ vào ở được minh hoạ như trong hình dưới:

Hình 3.24  a) Công suất ngõ ra theo công suất theo công suất ngõ vào

 b) độ lợi khuếch đại quang theo công suất quang ngõ ra

Hình b biểu diễn sự biến đổi của độ lợi của tín hiệu G theo công suất quang ngõ ra . Công suất ở ngõ ra tại điểm độ lợi giảm 3dB còn được gọi là công suất ngõ ra bão hoà

Công suất ra bão hoà  của một bộ khuếch đại quang cho biết công suất ngõ ra lớn nhất mà bộ khuếch đại quang có thể hoạt động được. Thông thường, một bộ khuếch đại quang có độ lợi cao sẽ có công suất ra bão hoà cao bởi vì sự nghịch đảo nồng độ cao có thể được duy trì trong một dải công suất vào và ra rộng.

Hệ số nhiễu.

Cũng giống như các hệ thống thông tin quang khác, bộ khuếch đại này cũng có nhiễu. ­­­­­­­­­­­Nguyên lý của bộ khuếch đại là dựa trên nguyên lý bức xạ kích thích. Nhưng trong quá trình khuếch đại, có rất nhiều các điện tử hết thời gian sống, chuyển đổi từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp, hay từ dải dẫn sang dải hoá trị, đây chính là bức xạ tự phát. Bức xạ này, khi có phương cùng luồng điện tử, sẽ gây ảnh hưởng lên biên độ và pha của tín hiệu. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng nhiễu bức xạ tự phát ASE. Do vậy, công suất cửa ra gồm có công suất vào khuếch đại và công suất bức xạ tự phát:

                                   P_out = G.P_in + P_ASE                                             (3.25)

Ảnh hưởng nhiễu đối với bộ khuếch đại quang được biểu diễn bởi hệ số nhiễu NF (Noise Figure). Hệ số này mô tả sự suy giảm tỷ số tín hiệu trên tạp tại đầu ra và đầu vào. Hệ số NF được cho bởi công thức sau:

                                   NF =                                                        (3.26)

  Hay                   NF = SNR_in(dB) – SNR_out(dB)                               (3.27)

Trong đó: SNR_in và SNR_out lần lượt là tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại ngõ vào và ngõ ra của bộ khuếch đại.

Hệ số nhiễu NF của bộ khuếch đại càng nhỏ thì càng tốt. Giá trị nhỏ nhất của NF có thể đạt được là 3dB. Những bộ khuếch đại thõa mãn hệ số nhiễu tối thiểu này được gọi là đang hoạt động ở giới hạn lượng tử.

Nguồn nhiễu trong bộ khuếch đại Raman

Có 4 nguồn nhiễu cơ bản trong kỹ thuật Raman, đó là:

Nhiễu tán xạ Rayleigh kép DRS

Nó tương đương với 2 hiện tượng tán xạ đơn (một tán xạ phản xạ và một tán xạ tới) do tính chất không đồng nhất của bộ vi hiển thị bằng thuỷ tinh tổng hợp. Khuếch đại bức xạ tự phát(ASE) truyền trong huớng nghịch sẽ được phản xạ lại trong hướng thuận nhờ DRS và những kết quả thu được là do kích thích Raman phân tán tạo nên. Điều này góp phần làm cho ASE phản xạ rất nhiều lần, nó sẽ làm giảm tỷ số S/N. Hơn thế nữa, DRS gây ra rất nhiều tuyến nhiễu giao thoa và điều đó cũng làm giảm SNR. DRS tương ứng với chiều dài của sợi và hệ số tăng ích bên trong sợi, vì thế nó là điều hết sức quan trọng trong kỹ thuật Raman bởi trên độ dài của sợi quang, nhất là ở những nơi có chiều dài vài km thì đó là yêu cầu điển hình. Đứng trên quan điểm thực tế, hệ số tăng ích của DRS giới hạn trên một tầng cỡ khoảng xấp xỉ 10 đến 15 dB. Để bộ khuếch đại đạt được hệ số tăng ích cao hơn thì sử dụng biện pháp cách ly giữa các

tầng với nhau trong bộ khuếch đại. Ví dụ, một bộ khuếch đại Raman phân tán 30 dB được giới thiệu với 2 tầng khuếch đại cho độ nhiễu nhỏ hơn 5.5 dB.

Nhiễu do thời gian sống của electron tại trạng thái kích thích ngắn

Nguồn nhiễu thứ hai xuất hiện trong thời gian sống rất ngắn (cỡ khoảng 3 đến 6 fs) của bức xạ Raman ở trạng thái cao hơn (bức xạ từ trạng thái thấp lên trạng thái cao). Kết quả của hiện tượng gần như xảy ra tức thì này là sự ghép nối của dao động kích thích tới tín hiệu. Cách thông dụng để tránh ghép nối bất lợi này là tạo một bộ kích thích và một bộ đếm truyền tín hiệu, nó sẽ có tác dụng hữu hiệu khi mở đầu cho thời gian sống ở trạng thái cao mà tương đương với thời gian truyền trong toàn bộ sợi. Nếu sử dụng bộ đếm truyền tín hiệu và bộ kích thích thì Laser kích thích sẽ không bị kích thích. Điều đó khiến chúng có cường độ rất nhỏ, bởi vậy mới được gọi là cường độ nhiễu tương đối (RIN). Ví dụ, bộ đếm truyền kích thích sử dụng Laser Diode Fabry-Perot thay vì sử dụng LD có bộ lọc quang ổn định.

Nhiễu phát xạ tự phát ASE

Nguồn nhiễu chủ yếu thứ ba trong kỹ thuật Raman thường là ASE. Điển hình là các mức công suất trung bình, với tín hiệu ASE luôn có nhiễu tổng hợp tồn tại trên nó - gọi là nhiễu tổng ASE. Rất may là bộ khuếch đại Raman vốn đã có độ nhiễu thấp đối với ảnh hưởng từ tín hiệu ASE tổng bởi vì hệ thống Raman luôn hoạt động như là một hệ thống đảo hoàn toàn. Ví dụ, công thức tính mật độ phổ công suất ASE :

                 S_ASE (ν)  =  (G – 1).hν.N₂/(N₂ – N­₁)                     (3.28)

Và công thức tính dạng nhiễu là :

                  NF = 1/G.[ 2.S_ASE(ν)/ hν + 1 ]                                         (3.29)

Với N₂ là mẫu ở trạng thái cao hơn, N₁ ­ở trạng thái thấp. Với kỹ thuật Raman thì tỷ số N₂/(N₂ – N­₁) luôn giới hạn xung quanh mức ‘1’. Chẳng hạn kỹ thuật EDFAs thì tỷ số này thường lớn hơn ‘1’. Trong một sợi EDFAs thì giới hạn tỷ số này chỉ ngang bằng mức ‘1’ đối với bộ khuếch đại đảo hoàn toàn trên toàn bộ chiều dài sợi quang thu. Mặt khác, từ khi kỹ thuật Raman sử dụng sợi quang tuyến dài, phần mất mát thụ động rất nhỏ của sợi thu cũng cần được tính thêm vào khi xét tới dạng nhiễu. Nhưng dù sao, bộ khuếch đại Raman phân tán với độ nhiễu khoảng 4.2 dB cũng đã được xét đến.

Nhiễu do bước sóng ánh sáng bơm và ánh sáng tín hiệu gần nhau

Nó xuất hiện khi một thanh tử bị kích thích bởi nhiễu quang tạo ra khi bước sóng của tín hiệu có phổ của nó được khuếch đại gần bằng với bước sóng kích thích được sử dụng khi khuếch đại. Nói một cách khác thì ở nhiệt độ phòng hay nhiệt độ trong thang máy, có một mẫu nhiệt khiến cho các thanh tử trong sợi thủy tinh có thể tự động kích hoạt từ các bộ tạo sóng kích thích, theo đó mà nó tạo thêm nhiễu cho tín hiệu gần với bước sóng kích thích. Nó cho thấy rằng điều này có thể dẫn đến việc tăng độ nhiễu lên tới 3 dB đối với tín hiệu có bước sóng gần bằng bước sóng kích thích.

 Phân loại các bộ khuếch đại Raman

Khuếch đại Raman phân bố DRA (Distributed Raman Amplifier)

 

Hình 3.25 Khuếch đại tập trung (a) và khuếch đại phân bố (b)

Với bộ khuếch đại Raman phân bố DRA, ánh sáng bơm được phân bố trải dài trong sợi quang. DRA tận dụng sợi quang sẵn có trong mạng như một phương tiện để khuếch đại tín hiệu và như vậy ánh sáng sẽ được khuếch đại đồng đều dọc theo sợi quang trên một khoảng cách lớn (Với các bộ khuếch đại DRA, thông thường ánh sáng bơm có công suất cao được bơm theo hướng ngược để kết hợp với các bộ khuếch đại tập trung khác như các bộ khuếch đại quang sợi pha đất hiếm EDFA. Ưu điểm chính của DRA là cải thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR và giảm tính phi tuyến.

 

Hình 3.26 Công suất tín hiệu trong hệ thống sử dụng DRA

Hình 3.26 biểu diễn mức công suất ánh sáng tín hiệu theo khoảng cách của hệ thống khuếch đại theo chu kỳ. Đỉnh hình răng cưa tương ứng với các điểm khuếch đại tập trung. Đường nét đứt là biểu diễn công suất ánh sáng tín hiệu trong hệ thống chỉ sử dụng các bộ khuếch đại tập trung với tăng ích cao. Đường cong trên hình tương ứng với công suất ánh sáng tín hiệu trong trường hợp sử dụng bộ khuếch đại DRA kết hợp với bộ khuếch đại quang tập trung có tăng ích nhỏ. Khi sử dụng DRA mức công suất tín hiệu dọc theo sợi quang sẽ đồng đều hơn. Nếu kết hợp các bộ khuếch tập trung mức ánh sáng tín hiệu đỉnh không quá lớn. Như vậy sẽ tránh được các hiệu ứng phi tuyến. Đồng thời mức công suất ánh sáng tín hiệu cũng không xuống thấp quá do ảnh hưởng của suy hao do đó tỷ số SNR được cải thiện. Tỷ số SNR cao tương ứng với khả năng tăng khoảng cách giữa các bộ khuếch đại hoặc tăng dung lượng của kênh tín hiệu. Khoảng cách giữa các bộ khuếch đại quang tập trung thường khoảng 80 km, bằng cách sử dụng DRA hiệu năng của hệ thống tương đương với sử dụng khuếch đại quang tập trung với khoảng cách giữa chúng là 35 đến 38 km .

Ngoài khả năng tăng khoảng cách giữa các bộ khuếch đại hoặc tăng tốc độ bit DRA còn được sử dụng trong hệ thống WDM để giảm khoảng cách giữa các kênh hoặc hoạt động tại bước sóng tán sắc không.

Bên cạnh các ưu điểm vừa nêu, khuếch đại Raman tập trung cũng có một số nhược điểm:

-         Sợi quang có chiều dài hiệu dụng thấp L_eff  được xác định từ hệ số suy hao của sợi. Trong các bộ khuếch đại DRA chiều dài hiệu dụng của sợi quang thường nhỏ hơn 40 km. Chiều dài hiệu dụng thấp làm giảm khả năng tăng khoảng cách giữa các bộ khuếch đại.

-         DRA có công suất ánh sáng bơm rất cao, ví dụ để tối ưu hoá mức nhiễu công suất ánh sáng bơm với sợi dịch tán sắc khoảng 580 mW và 1.28 W với sợi đơn mode chuẩn. Với mức công suất ánh sáng bơm cao như vậy các thiết bị quang như connector rất dễ bị hư hại.

-         DRA rất nhạy cảm với các điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm… và sự thay đổi cơ học.

-         Một vấn đề đáng được quan tâm khác đối với DRA là nhiễu tán xạ Rayleigh kép. Các bộ khuếch đại DRA thường có nhiễu DRS cao hơn so với các bộ khuếch đại Raman tập trung khi sử dụng cùng loại sợi và có chiều dài sợi như nhau.

-         Những vấn đề trên làm giảm tính ưu việt của DRA. Tuy nhiên do lợi ích từ tỷ số SNR và giảm hiệu ứng phi tuyến của DRA là rất lớn nên DRA đã được sử dụng khá rộng rãi trong các hệ thống cự ly dài.

Khuếch đại Raman tập trung LRA (Lumped Raman Amplifier)

Ánh sáng bơm

Laser bơm

Ánh sáng tín hiệu được

Sợi quang khuếch

đại Raman

khuếch đại

Bộ cách ly quang

Coupler

Hình 3.27 Khuếch đại Raman tập trung.

Bộ khuếch đại Raman tập trung LRA là một khối đơn. Trong bộ khuếch đại Raman tập trung tất cả công suất ánh sáng bơm được tập trung trong một khối. Hình 3.27 là một thí dụ kết nối bộ khuếch đại Raman tập trung trong hệ thống thông tin quang. Trong sơ đồ trên ánh sáng bơm được giữ trong bộ khuếch đại bằng các bộ cách ly xung quanh bộ khuếch đại với chiều dài sợi tăng ích Raman khoảng vài km. Như vậy khác với bộ khuếch đại Raman phân bố ánh sáng bơm không đi vào sợi quang từ bên ngoài bộ khuếch đại.

Đặc điểm đáng lưu ý nhất của khuếch đại Raman tập trung đó là khả năng sử dụng dải bước sóng mới mà tại các dải băng này EDFA không thể hoạt động.

Bộ khuếch đại quang lai ghép Raman/EDFA

Hình 3.28 Khuếch đại quang lai ghép EDFA/Raman.

Khuếch đại quang Raman phân bố DRA có thể được sử dụng kết hợp với các bộ khuếch đại tập trung khác điển hình trong số đó là kết hợp với bộ khuếch đại EDFA hình thành bộ khuếch đại quang lai ghép Raman/EDFA. Loại khuếch đại quang này có thể thay thế bộ khuếch đại EDFA trong đó khuếch đại Raman phân bố đóng vai trò của một bộ khuếch đại tạp âm nhỏ (tiền khuếch đại).