Đồ Án Khuếch đại Raman trong hệ thống thông tin quang

LỜI NÓI ĐẦU

Mặc dù tán xạ không đàn hồi của phần tử ánh sáng, một hiện tượng được biết như tán xạ Raman, được tìm ra bởi C.V. Raman trong năm 1928, nhưng hiện tượng phi tuyến của tán xạ Raman kích thích không được chứng minh cho đến năm 1962. Không lâu sau đó, sợi quang silica suy hao thấp được sử dụng trong năm 1970, Roger Stolen và những người đồng nghiệp sử dụng tán xạ Raman kích thích trong nhiều sợi quang không chỉ cho khuếch đại của tín hiệu quang mà còn cho cấu tạo laser Raman sợi cơ sở. Khả năng của bộ khuếch đại Raman cho bù suy hao sợi quang trong hệ thống sóng ánh sáng được chứng minh trong những năm 1980 trong một vài thí nghiệm được làm bởi Linn Mollenauer và đồng nghiệp của ông. Tuy nhiên, những thí nghiệm này không phù hợp cho sự phát triển bộ khuếch đại Raman trong hệ thống thông tin quang thương mại. Tiếp theo bộ khuếch đại sợi quang pha tạp Erbium có bơm sử dụng laser bán dẫn có tính thực tiễn hơn nên khuếch đại Raman đã bị bỏ qua suốt nhưng năm 1990.
Tuy nhiên, việc nghiên cứu laser bơm thích ứng cho khuếch đại Raman vẫn được tiến hành. Một vài công nghệ tiên tiến được tìm ra trong những năm 1990 giúp cho việc sản xuất ra laser bán dẫn đơn mode ngang có khả năng phát mức công suất vượt quá 0,2 W. Người ta cũng nhận thấy rằng một vài laser bơm có thể sử dụng tương thích tại bước sóng khác nhau và cung cấp độ khuếch đại Raman qua một băng tần rộng bao gồm cả băng truyền dẫn C và L. Hơn nữa, người ta cũng chế tạo ra bộ khuếch đại Raman phân bố có độ khuếch đại trên 10 km có nhiễu nhỏ hơn so với bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium có độ khuếch đại trên 10 mét. Khi laser bán dẫn công suất lớn có giá trị về thương mại vào cuối thế kỷ 20, bộ khuếch đại Raman đã được sử dụng trong một số thí nghiệm và thấy rằng nó cải thiện hiệu năng của hệ thống WDM. Tới năm 2003, việc sử dụng bộ khuếch đại Raman đã khá phổ biến cho hệ thống tầm xa được thiết kế để hoạt động qua hàng ngàn kilomet. Các bộ khuếch đại quang Raman có rất nhiều ưu điểm so với những loại khuếch đại quang đã được sử dụng trước đó và rất phù hợp với các hệ thống WDM đang được triển khai hiện nay. Các bộ khuếch đại quang Raman được coi là lời giải cho bài toán khuếch đại quang trong các hệ thống truyền dẫn quang dung lượng lớn, cự ly dài và rất dài.
Nhận thức được tầm quan trọng của khuếch đại Raman trong hệ thống thông tin quang, nên em chọn đề tài “ Khuếch đại Raman trong hệ thống thông tin quang” để làm đề tài đồ án tốt nghiệp.
Nội dung đồ án gồm 3 chương:
ü Chương 1: Giới thiệu tổng quan về khuếch đại quang: nguyên lý khuếch đại quang và một số tham số khuếch đại quang.
ü Chương 2: Trình bày về khuếch đại Raman: tán xạ Raman, ưu nhược điểm của khuếch đại Raman, nguyên lý khuếch đại Raman, bơm và phương trình tín hiệu, nhiễu trong khuếch đại Raman, phân loại các bộ khuếch đại Raman.
ü Chương 3: Trình bày ứng dụng của bộ khuếch đại Raman.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do khuếch đại Raman là một vấn đề khó nên nội dung đồ án khó tránh khỏi các thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy, cô giáo, các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn cô giáo, ThS. Nguyễn Thị Thu Nga đã nhiệt tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.
Em xin cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn thông tin quang, khoa viễn thông đã dạy dỗ, dìu dắt em trong suốt 5 năm học vừa qua.
Xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian qua.

Hà Nội, ngày tháng năm 2008
Sinh viên

Vương Thành Nam






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