Nguyên lý hoạt động của EDFA

Quá trình bức xạ xảy ra trong EDFA nhìn chung có thể được phân cấp thành bứcxạ kích thích và bức xạ tự phát. Khi các ion Erbium Er3+ được kích thích từ trạng tháinền thông qua sự hấp thụ ánh sáng bơm, nó sẽ phân rã không phát xạ từ các mức nănglượng cao hơn cho tới khi tiến tới trạng thài siêu bền 4I13/2 .
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nguyên lý hoạt động của EDFANguyên lý hoạt động của EDFACách 1: Quá trình bức xạ xảy ra trong EDFA nhìn chung có th ể đ ược phân c ấp thành b ứcxạ kích thích và bức xạ tự phát. Khi các ion Erbium Er 3+ được kích thích từ trạng tháinền thông qua sự hấp thụ ánh sáng bơm, nó sẽ phân rã không phát x ạ t ừ các m ức nănglượng cao hơn cho tới khi tiến tới trạng thài siêu bền 4I13/2 . Tín hiệu quang sẽ đi đếncác Erbium đã được kích thích. Quá trình bức xạ kích thích sẽ xảy ra các photon phụ cócùng pha và hướng như tín hiệu tới. Như vậy đã đạt được quá trình khuếch đại quangtrong EDFA. Các ion đã được kích thích mà không tương tác v ới ánh sáng t ới s ẽ phânrã tự phát tới trạng thái nền với hằng số thời gian xấp xỉ 10ms. Phát x ạ t ự phát SE(Spontaneous Emisson) có pha và hướng ngẫu nhiên. Tiêu biểu có ít h ơn 1% phát x ạ t ựphát được giữ lại bởi mode sợi quang và nó trở thành các nguồn nhi ễu quang. Ở đầura của bộ khuếch đại quang EDFA không những tín hi ệu đ ược khu ếch đ ại mà nhi ễunày cũng sẽ được khuếch đại và tạo ra bức xạ tự phát được khuếch đại ASE(Amplified Spontaneous Emisson). ASE là suy giảm tỷ lệ trên nhiễu c ủa tín hi ệu quabộ khuếch đại.Cách 2: Nguyên lý khuếch đại của EDFA được dựa trên hiện tượng phát xạ kích thích Quá trình khuếch đại tín hiệu quang trong EDFA có thể được thực hiện theo cácbước như sau (xem hình 1)Hình 1: quá trình khuếch đại tín hiệu xảy ra EDFA với hai bước sóng b ớm 980 nm và1480 nm - Khi sử dụng nguồn bơm laser 980nm, các ion Er 3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ năng lượng tử từ các photon (có năng lượng E photon = 1.27eV) và chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn ở vùng bơm (pumping band) (1) - Tại vùng bơm các Er3+ phân rã không bức xạ rất nhanh (khoảng 1micro s) và chuyển xuống vùng giả bền (2) Khi sử dụng nguồn bơm laser 1480 nm, các ion Er 3+ ở vùng nền sẽ hấp thụ - năng lượng từ các photon (có năng lượng E photon = 0.841 eV) và chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn ở đỉnh của vùng giả bền (3) Các ion Er trong vùng giả bền luôn có khuynh hướng chuyển xuống vùng năng - lượng thấp (vùng có mật độ điện tử cao) (4) - Sau khoảng thời gian sống (khoảng 10ms), n ếu không đ ược kích thích b ởi các photon có năng lượng thích hợp (phát xạ kích thích) các ion Er 3+ sẽ chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn ở vùng nền và phát xạ ra photon (phát xạ tự phát) (5).Khi cho tín hiệu ánh sáng đi vào EDFA, sẽ xả đồng thời hai hiện tượng sau: - Các photon tín hiệu bị hấp thụ bởi các ion Er ở vùng nền (6). Tín hiệu ánh sáng bị suy hao - Các photon tín hiệu kích thích các ion Er 3+ ở vùng giả bền (7) . Hiện tượng phát xạ kích thích xảy ra. Khi đó, các ion Er 3+ bị kích thích sẽ chuyển sang trạng thái năng lượng từ mức năng lượng cao ở vùng giả bền xuống mức năng l ượng thấp ở vùng nền và phát xạ photon mới có cùng hướng truyền, cùng phân c ực, cùng pha và cùng bước sóng. Tín hiệu ánh sáng được khuếch đại. Độ rộng giữa vùng giả bền và vùng nền cho phép sự phát xạ kích thích (khuếchđại) xảy ra trong khoảng bước sóng 1530 nm – 1565nm. Đ ũng là vùng bước sóng ho ạtđộng của EDFA. Độ lợi khuếch đại giảm nhanh chóng tại các bước sóng lớn hơn1565 nm và bằng 0 dB tại bước sóng 1616 nm.