factnest
Tiếng Việt
Optical amplifierPhoto: Wikipedia ↗

Đào sâu · 3 phút đọc

Khuếch đại quang sợi erbium cho phép cáp quang biển truyền xa hàng nghìn km mà không cần bộ lặp điện

Erbium trong sợi quang khuếch đại ánh sáng trực tiếp bằng laser bơm, nên tín hiệu không phải chuyển sang điện rồi lại quang mỗi 50 km. Nhờ vậy cáp biển hiện đại có thể truyền hàng nghìn km với ít bộ lặp hơn nhiều.

Đăng ngày FactNest · Khám phá từ cộng đồng

Trước khi có khuếch đại quang, tín hiệu trên cáp quang biển phải được "tái tạo" bằng bộ lặp điện: ánh sáng được chuyển thành tín hiệu điện, khuếch đại, rồi lại chuyển về ánh sáng. Cách làm này tốn kém, phức tạp và giới hạn cả khoảng cách lẫn dung lượng. [1]

Erbium làm gì trong sợi quang?

Bộ khuếch đại quang sợi pha erbium (EDFA) dùng một đoạn sợi quang có pha ion erbium, được bơm năng lượng bằng laser. Khi tín hiệu yếu đi chạy qua đoạn sợi này, các ion erbium ở trạng thái kích thích sẽ nhả năng lượng và khuếch đại ánh sáng tín hiệu ngay trong miền quang — không cần đổi sang điện. [2]

EDFA hoạt động hiệu quả nhất ở bước sóng khoảng 1530–1565 nm (băng C), đúng vùng suy hao thấp của sợi silica. Đây là lý do kỹ thuật này gắn chặt với truyền dẫn đường dài. [3]

Vì sao khoảng cách bộ lặp thay đổi lớn?

~50–80 km
khoảng cách điển hình giữa các bộ lặp điện trên cáp quang biển thế hệ cũ [1]

Với bộ lặp quang chứa EDFA, khoảng cách giữa các trạm lặp có thể tăng lên hàng trăm km, và toàn tuyến có thể dài hàng nghìn km. Số bộ lặp ít hơn đồng nghĩa ít linh kiện điện tử dưới đáy biển hơn, ít điểm có thể hỏng và chi phí vận hành thấp hơn. [1]

  • Tín hiệu được khuếch đại trực tiếp bằng laser bơm, không qua chuyển đổi quang–điện–quang. [2]
  • Một EDFA có thể khuếch đại đồng thời nhiều bước sóng (WDM), tăng dung lượng trên cùng sợi. [3]
  • Bộ lặp quang vẫn cần nguồn điện, nhưng cấu trúc đơn giản hơn bộ lặp điện truyền thống. [1]

Từ phòng thí nghiệm đến đáy đại dương

  1. 1980s

    Ý tưởng khuếch đại quang bằng ion đất hiếm trong sợi được nghiên cứu và thử nghiệm.

  2. 1987

    Nhóm tại Đại học Southampton công bố EDFA, mở ra bước ngoặt cho truyền dẫn quang đường dài.

  3. 1990s

    EDFA được đưa vào hệ thống cáp quang biển thương mại, thay thế dần bộ lặp điện.

  4. 2000s–nay

    Cáp quang biển dùng bộ lặp quang, truyền hàng nghìn km với dung lượng ngày càng lớn.

Điểm mấu chốt không phải là erbium "mạnh" hơn linh kiện điện, mà là nó cho phép xử lý tín hiệu trong miền quang — nơi ánh sáng vốn đã là dạng tín hiệu. Nhờ đó, cáp quang biển hiện đại nối các châu lục với ít bộ lặp hơn nhiều so với nếu vẫn dùng bộ lặp điện. [2]

EDFA cũng có giới hạn: nhiễu khuếch đại tự phát tích lũy theo số tầng, và băng tần khuếch đại không trải đều toàn bộ phổ. Các hệ thống hiện đại kết hợp nhiều băng tần và kỹ thuật bù tán sắc để duy trì chất lượng tín hiệu qua hàng nghìn km. [3]

Nguồn

  1. Erbium-doped fiber amplifier Wikipedia
  2. Submarine communications cable Wikipedia
  3. Optical amplifier Wikipedia

Vẫn còn tò mò?

  • EDFA hoạt động ở bước sóng nào và vì sao lại chọn erbium?
  • Vì sao bộ lặp quang vẫn cần điện dù không chuyển tín hiệu sang điện?
  • Cáp quang biển hiện đại đạt dung lượng tối đa bao nhiêu Tbps?

Hỏi tiếp trong ứng dụng FactNest.

Tiếp tục khám phá