Bộ khuếch đại quang thụ động: EDFA, SOA và RFA
Khi tín hiệu quang truyền qua một sợi quang, chúng bị suy giảm. Trong các ứng dụng đường dài, tín hiệu bị suy giảm đến mức cần phải khuếch đại lại. Theo truyền thống, một thiết bị thường được gọi là bộ lặp đã hoàn thành việc khuếch đại lại này.
Một bộ lặp về cơ bản là một bộ thu và bộ phát kết hợp trong một gói. Máy thu chuyển đổi năng lượng quang đến thành năng lượng điện. Đầu ra điện của máy thu điều khiển đầu vào điện của máy phát. Đầu ra quang của máy phát đại diện cho một phiên bản khuếch đại của tín hiệu đầu vào quang cộng với nhiễu.
Công nghệ có sẵn ngày nay giúp loại bỏ sự cần thiết phải lặp lại. Bộ khuếch đại quang thụ động hiện được sử dụng thay vì bộ lặp. Bộ khuếch đại quang thụ động khuếch đại tín hiệu trực tiếp mà không cần chuyển đổi quang-điện và điện-quang. Có một số bộ khuếch đại quang khác nhau để khuếch đại thụ động tín hiệu quang: Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA), Bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA) và Bộ khuếch đại sợi Raman (RFA), tất cả đều sử dụng một kỹ thuật gọi là bơm laser.
EDFA
Bộ khuếch đại EDFA thường được sử dụng cho các liên kết sợi rất dài như cáp dưới biển. Các EDFA sử dụng sợi đã được xử lý hoặc pha tạp tinh thể với erbium và được sử dụng làm môi trường khuếch đại. Các laser bơm hoạt động ở các bước sóng dưới các bước sóng sẽ được khuếch đại. Sợi pha tạp được cung cấp năng lượng với bơm laser. Khi tín hiệu quang được truyền qua sợi pha tạp này, các nguyên tử erbium chuyển năng lượng của chúng sang tín hiệu, do đó làm tăng năng lượng hoặc cường độ của tín hiệu khi truyền qua. Với kỹ thuật này, thông thường tín hiệu sẽ mạnh hơn tới 50 lần hoặc 17dB khi rời EDFA so với khi nó được đưa vào.
Dưới đây là một ví dụ về EDFA. EDFA cũng có thể được sử dụng theo chuỗi để tăng thêm tín hiệu. Hai EDFA được sử dụng nối tiếp có thể tăng tín hiệu đầu vào lên tới 34dB.
SOA
Bộ khuếch đại SOA sử dụng một kỹ thuật tương tự như EDFA nhưng không pha tạp sợi quang. Không giống như EDFA, được cung cấp năng lượng bằng máy bơm laser, SOA được cung cấp năng lượng bằng dòng điện. Các SOA sử dụng một ống dẫn sóng quang và một chất bán dẫn bandgap trực tiếp, về cơ bản là laser Fabry-Pérot để truyền năng lượng ánh sáng vào tín hiệu, như trong hình dưới đây. Kỹ thuật này, tuy nhiên, không cung cấp sự khuếch đại cao mà EDFA làm. SOA thường được sử dụng trong các liên kết sợi ngắn hơn như Mạng khu vực đô thị (MAN).
Một vấn đề với các SOA là mức tăng rất khó kiểm soát. Bằng cách sử dụng kỹ thuật bán dẫn và ống dẫn sóng, tín hiệu có thể làm suy giảm mức tăng của tín hiệu ở bước sóng khác. Điều này có thể giới thiệu nhiễu xuyên âm giữa các kênh bằng cách cho phép tín hiệu ở bước sóng này điều chỉnh bước sóng khác.
RFA
Bộ khuếch đại RFA sử dụng một kỹ thuật gọi là khuếch đại Raman, đây là phương pháp sử dụng laser bơm để cung cấp năng lượng cho tín hiệu để khuếch đại. Tuy nhiên, không giống như EDFA, kỹ thuật này không sử dụng sợi pha tạp, chỉ là laser bơm công suất cao, như trong hình dưới đây. Laser được vận hành ở bước sóng 60nm đến 100nm dưới bước sóng mong muốn của tín hiệu. Năng lượng tín hiệu laser và các photon của tín hiệu truyền được ghép với nhau, do đó làm tăng cường độ tín hiệu. Các RFA không khuếch đại nhiều như EDFA, nhưng chúng có một lợi thế ở chỗ chúng tạo ra ít tiếng ồn hơn. Xem chi tiết sản phẩm tại đây: Ampli Raman
Các bộ khuếch đại quang học này có thể được kết hợp để tận dụng các đặc tính khuếch đại của chúng. Trong một số trường hợp, RFA và EDFA được kết hợp trong các liên kết sợi dài để đảm bảo khuếch đại cao và giảm độ ồn.
Tóm lại, mỗi kỹ thuật khuếch đại đều có ưu điểm và nhược điểm. Hãy nhớ ghi nhớ khuếch đại mà bộ khuếch đại đang được sử dụng. Ví dụ: nếu tín hiệu cần khuếch đại nhưng nhiễu là một vấn đề, bộ khuếch đại RFA rất có thể là lựa chọn tốt nhất. Nếu tín hiệu cần được khuếch đại chỉ bằng một lượng nhỏ, bộ khuếch đại SOA có thể là tốt nhất.
Tất cả các phương pháp khuếch đại này đều có một lợi thế lớn: bộ khuếch đại quang sẽ khuếch đại tất cả các tín hiệu trên sợi quang cùng một lúc. Do đó, có thể khuếch đại đồng thời nhiều bước sóng (ví dụ, DWDM EDFA là một loại bộ khuếch đại WDM được sử dụng để khuếch đại nhiều bước sóng trong các hệ thống DWDM). Nhưng điều quan trọng cần lưu ý là các mức công suất phải được theo dõi cẩn thận vì các bộ khuếch đại có thể trở nên bão hòa, do đó gây ra hoạt động không chính xác.
