MỤC LỤC I. NGUYÊN NHÂN . 2 II. ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ RAMAN TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG . 3 III. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH : BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN 3 III.1 CẤU TRÚC BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN . 4 III.2 ĐẶC TÍNH CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI 5 III.2.1 Sơ đồ chuyển hóa năng lượng trong khuếch đại Raman 5 III.2.2 Phổ của khuếch đại Raman 5 III.2.3 Băng thông của bộ khuếch đại Raman .7 III.2.4 Ảnh hưởng của sự suy hao sợi quang 8 III.2.5 Bảo hòa hệ số khuếch đại .9 III.2.6 Nhiễu xuyên kênh Raman .10 III.2.7 Ưu nhược điểm của khuếch đại Raman 11 I. NGUYÊN NHÂN 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 kích thích từ nguồn bên ngoài. Hiện tượng trên có thể giải thích cụ thể như sau: Nếu đưa vào trong sợi quang hai hay nhiều bước sóng thì hiệu ứng tán xạ kích thích của tia sáng sẽ xảy ra. Sự chuyển năng lượng từ các kênh có bước sóng thấp sang các kênh có bước sóng cao hơn sẽ xảy ra. Có hai tán xạ chủ yếu xảy ra là tán xạ kích thích Brilouin (SBS) và tán xạ kích thích Raman (SRS). Cả hai đều là tán xạ Photon để đạt được photon có năng lượng thấp hơn. Điểm khác biệt giữa chúng là phonon quang trong tán xạ Raman và tán xạ phonon âm học trong tán xạ Brilouin. Cả hai đều cho kết quả là mất năng lượng ở tần số biến cố. Tuy nhiên những tán xạ đó không đáng kể ở các mức năng lượng thấp. Tại các mức năng lượng cao hơn các hiện tượng phi tuyến tán trở nên quan trọng. Cường độ tán xạ tia sáng trong cả hai trường hợp tăng theo cấp số mũ một khi năng lượng bơm vượt qua giá trị ngưỡng. Mặc dù cả SRS và SBS đều giống nhau về bản chất nhưng mối quan hệ tán sắc khác nhau cho phonon quang và phonon âm dẫn đến sự khác nhau giữa hai sợi đơn mode là : - SBS chỉ xảy ra theo chiều hướng ngược lại trong khi SRS xảy ra ở cả hai hướng. - Tán xạ tia sáng được dịch chuyển trong tần số 10 GHz cho SBS và 1,3 THz cho SRS (được gọi là dịch chuyển Stoker ). - Băng thông khuếch đại của Brilouin là cực kỳ hẹp ( < 100 MHz ) so với băng thông khuếch đại của Raman là 20 – 30 THz. Một vài Photon bơm bỏ năng lượng của mình để tạo thành Photon khác có năng lượng giảm và tần số thấp hơn. Năng lượng còn lại được hấp thụ bởi các phân tử Silica và kết thúc ở trạng thái rung. Một điểm khác quan trọng so với tán xạ Brillouin là mức năng lượng rung của phân tử Silica là cơ chế của giá trị dịch chuyển Raman : ΩR = ωp – ωs Trong đó : ωp là tần số sóng bơm ; ωs là tần số tín hiệu. Tán xạ Raman là một quá trình đẳng hướng xảy ra ở tất cả mọi hướng. Tiến trình tán xạ Raman trở nên bị kích thích nếu công suất bơm vượt giá trị ngưỡng. SRS có thể xảy ra cả hướng tới và hướng ngược lại. Nói một cách vật lý : Sự va đập của sóng bơm và tia sáng kích thích theo hai hướng này tạo nên một thành phần tần số tại tần số va đập : ωp – ωs Các hoạt động này có vai trò như là nguồn phát sinh các dao động phân tử. Khi đó biên độ của sóng kích thích được gia tăng để phù hợp với những dao động này, phản hồi dương được thiết lập. Trong trường hợp sóng truyền sóng truyền phía trước tiến trình hồi tiếp được cho bởi hai phương trình : Trong đó : gR là độ khuếch đại SRS , nếu sóng truyền ngược thì thêm dấu - vào phương trình sau.