1. การจำแนกประเภทของFไอเบอร์Aเครื่องขยายเสียง
เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลมีอยู่ 3 ประเภทหลักๆ:
(1) เครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์ (SOA, เครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์);
(2) เครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงที่เจือปนด้วยธาตุหายาก (เออร์เบียม Er, ทูเลียม Tm, เพรซีโอไดเมียม Pr, รูบิเดียม Nd ฯลฯ) ส่วนใหญ่เป็นเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงที่เจือปนด้วยเออร์เบียม (EDFA) เช่นเดียวกับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่โดปด้วยทูเลียม (TDFA) และเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่โดปด้วยเพรซีโอไดเมียม (PDFA) ฯลฯ
(3) เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น โดยหลักๆ แล้วคือเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์รามาน (FRA, Fiber Raman Amplifier) ตารางแสดงการเปรียบเทียบประสิทธิภาพหลักของเครื่องขยายสัญญาณออปติกเหล่านี้
EDFA (เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบโดปเออร์เบียม)
ระบบเลเซอร์หลายระดับสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเจือใยควอตซ์ด้วยธาตุหายาก (เช่น Nd, Er, Pr, Tm ฯลฯ) และแสงสัญญาณอินพุตจะถูกขยายโดยตรงภายใต้การกระทำของแสงปั๊ม หลังจากให้ข้อเสนอแนะที่เหมาะสมแล้ว เลเซอร์ไฟเบอร์จะถูกสร้างขึ้น ความยาวคลื่นการทำงานของเครื่องขยายใยแก้วเจือ Nd คือ 1060 นาโนเมตรและ 1330 นาโนเมตร และการพัฒนาและการใช้งานมีข้อจำกัดเนื่องจากการเบี่ยงเบนจากพอร์ตซิงค์ที่ดีที่สุดของการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกและเหตุผลอื่นๆ ความยาวคลื่นการทำงานของ EDFA และ PDFA อยู่ในหน้าต่างของการสูญเสียที่ต่ำที่สุด (1550 นาโนเมตร) และความยาวคลื่นการกระจายศูนย์ (1300 นาโนเมตร) ของการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกตามลำดับ และ TDFA ทำงานในแบนด์ S ซึ่งเหมาะมากสำหรับการใช้งานระบบสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง EDFA ซึ่งเป็นการพัฒนาที่รวดเร็วที่สุดนั้นใช้งานได้จริง
การPหลักการสำคัญของ EDFA
โครงสร้างพื้นฐานของ EDFA แสดงอยู่ในรูปที่ 1(a) ซึ่งประกอบด้วยตัวกลางที่ใช้งานเป็นหลัก (เส้นใยซิลิกาที่เจือด้วยเออร์เบียมยาวประมาณสิบเมตร มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 3-5 ไมครอน และความเข้มข้นของสารเจือปน (25-1000)x10-6) แหล่งกำเนิดแสงของปั๊ม (LD 990 หรือ 1480 นาโนเมตร) คัปเปิลออปติกและไอโซเลเตอร์ออปติก แสงสัญญาณและแสงของปั๊มสามารถแพร่กระจายไปในทิศทางเดียวกัน (การปั๊มแบบโคไดเรกชัน) ทิศทางตรงข้าม (การปั๊มแบบย้อนกลับ) หรือทั้งสองทิศทาง (การปั๊มแบบสองทิศทาง) ในเส้นใยเออร์เบียม เมื่อไฟสัญญาณและไฟปั๊มถูกฉีดเข้าไปในเส้นใยเออร์เบียมในเวลาเดียวกัน ไอออนเออร์เบียมจะถูกกระตุ้นจนมีระดับพลังงานสูงภายใต้การกระทำของไฟปั๊ม (รูปที่ 1 (b) ระบบสามระดับ) และสลายตัวอย่างรวดเร็วสู่ระดับพลังงานกึ่งเสถียร เมื่อกลับสู่สถานะพื้นภายใต้การกระทำของไฟสัญญาณตกกระทบ จะปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกับไฟสัญญาณ เพื่อให้สัญญาณถูกขยาย รูปที่ 1 (c) คือสเปกตรัมการแผ่รังสีโดยธรรมชาติที่ขยาย (ASE) ที่มีแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ (สูงถึง 20-40 นาโนเมตร) และจุดสูงสุดสองจุดที่สอดคล้องกับ 1,530 นาโนเมตรและ 1,550 นาโนเมตรตามลำดับ
ข้อได้เปรียบหลักของ EDFA คือ ค่าเกนสูง แบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ กำลังเอาต์พุตสูง ประสิทธิภาพปั๊มสูง การสูญเสียการแทรกต่ำ และไม่ไวต่อสถานะโพลาไรเซชัน
2. ปัญหาเกี่ยวกับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ออฟติก
แม้ว่าเครื่องขยายสัญญาณออปติคอล (โดยเฉพาะ EDFA) จะมีข้อดีที่โดดเด่นหลายประการ แต่ก็ไม่ใช่เครื่องขยายสัญญาณที่เหมาะสม นอกจากสัญญาณรบกวนเพิ่มเติมที่ลด SNR ของสัญญาณแล้ว ยังมีข้อบกพร่องอื่นๆ อีก เช่น:
- ความไม่สม่ำเสมอของสเปกตรัมเกนภายในแบนด์วิดท์ของเครื่องขยายเสียงส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการขยายสัญญาณหลายช่องสัญญาณ
- เมื่อเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเชื่อมต่อแบบเรียงซ้อน ผลกระทบของสัญญาณรบกวน ASE การกระจายตัวของเส้นใย และผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นจะสะสมกัน
ปัญหาเหล่านี้จะต้องได้รับการพิจารณาในการออกแบบแอปพลิเคชันและระบบ
3. การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในระบบสื่อสารด้วยเส้นใยแก้วนำแสง
ในระบบสื่อสารด้วยสายใยแก้วนำแสงเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ออฟติกสามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่เป็นตัวขยายกำลังของเครื่องส่งเพื่อเพิ่มกำลังในการส่งเท่านั้น แต่ยังใช้เป็นปรีแอมป์ของตัวรับเพื่อปรับปรุงความไวในการรับได้อีกด้วย และยังสามารถแทนที่เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลไฟฟ้าออปติคอลแบบเดิมได้ เพื่อขยายระยะทางการส่งสัญญาณและทำให้สามารถสื่อสารแบบออปติคอลทั้งหมดได้
ในระบบสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง ปัจจัยหลักที่จำกัดระยะทางในการส่งสัญญาณคือการสูญเสียและการกระจายของใยแก้วนำแสง การใช้แหล่งกำเนิดแสงที่มีสเปกตรัมแคบหรือทำงานใกล้กับความยาวคลื่นการกระจายศูนย์ อิทธิพลของการกระจายของใยแก้วนำแสงจะมีน้อย ระบบนี้ไม่จำเป็นต้องทำการสร้างสัญญาณใหม่แบบสมบูรณ์ (รีเลย์ 3R) ที่สถานีรีเลย์แต่ละแห่ง เพียงแค่ขยายสัญญาณออปติกโดยตรงด้วยเครื่องขยายสัญญาณออปติก (รีเลย์ 1R) ก็เพียงพอแล้ว เครื่องขยายสัญญาณออปติกสามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่ในระบบทรังค์ระยะไกลเท่านั้น แต่ยังใช้ในเครือข่ายการกระจายใยแก้วนำแสง โดยเฉพาะในระบบ WDM เพื่อขยายช่องสัญญาณหลายช่องพร้อมกัน
1) การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงแบบทรังค์
รูปที่ 2 เป็นแผนผังแสดงการใช้งานเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงแบบทรังค์ (ก) ภาพแสดงให้เห็นว่าเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลถูกใช้เป็นตัวขยายกำลังของเครื่องส่งสัญญาณและพรีแอมป์ของตัวรับสัญญาณ ทำให้ระยะทางที่ไม่ใช่รีเลย์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ตัวอย่างเช่น การใช้ EDFA ระบบส่งสัญญาณ ระยะทาง 1.8Gb/s เพิ่มขึ้นจาก 120 กม. เป็น 250 กม. หรืออาจถึง 400 กม. รูปที่ 2 (b)-(d) เป็นการประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติกในระบบมัลติรีเลย์ รูปที่ (b) เป็นโหมดรีเลย์ 3R แบบดั้งเดิม รูปที่ (c) เป็นโหมดรีเลย์ผสมของรีพีทเตอร์ 3R และเครื่องขยายสัญญาณออปติก รูปที่ 2 (d) เป็นโหมดรีเลย์ออปติกทั้งหมด ในระบบสื่อสารออปติกทั้งหมด ไม่มีวงจรจับเวลาและการสร้างใหม่ ดังนั้นจึงมีความโปร่งใสในระดับบิต และไม่มีข้อจำกัด "ขวดนมอิเล็กทรอนิกส์" ตราบใดที่เปลี่ยนอุปกรณ์ส่งและรับที่ปลายทั้งสองข้างแล้ว ก็สามารถอัปเกรดจากอัตราต่ำเป็นอัตราสูงได้ง่าย และไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเครื่องขยายสัญญาณออปติก
2) การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในเครือข่ายจำหน่ายใยแก้วนำแสง
ข้อดีของเอาต์พุตกำลังสูงของเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล (โดยเฉพาะ EDFA) มีประโยชน์มากในเครือข่ายการจำหน่ายบรอดแบนด์ (เช่นโทรทัศน์ระบบ CATVเครือข่าย) เครือข่าย CATV แบบดั้งเดิมใช้สายโคแอกเซียลซึ่งต้องขยายสัญญาณทุกๆ หลายร้อยเมตร และรัศมีการให้บริการของเครือข่ายอยู่ที่ประมาณ 7 กม. เครือข่าย CATV ใยแก้วนำแสงที่ใช้เครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มจำนวนผู้ใช้แบบกระจายได้อย่างมากเท่านั้น แต่ยังขยายเส้นทางเครือข่ายได้อย่างมากอีกด้วย การพัฒนาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการกระจายใยแก้วนำแสง/ไฮบริด (HFC) ได้ดึงเอาจุดแข็งของทั้งสองอย่างมาใช้และมีขีดความสามารถในการแข่งขันที่แข็งแกร่ง
รูปที่ 4 เป็นตัวอย่างของเครือข่ายการกระจายสัญญาณใยแก้วนำแสงสำหรับการมอดูเลต AM-VSB ของทีวี 35 ช่อง แหล่งกำเนิดแสงของเครื่องส่งสัญญาณคือ DFB-LD ที่มีความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรและกำลังส่งออก 3.3dBm โดยใช้ EDFA 4 ระดับเป็นตัวขยายการกระจายพลังงาน กำลังอินพุตอยู่ที่ประมาณ -6dBm และกำลังส่งออกอยู่ที่ประมาณ 13dBm ความไวของตัวรับแสง -9.2d Bm หลังจากการกระจาย 4 ระดับ จำนวนผู้ใช้ทั้งหมดได้ถึง 4.2 ล้านคน และเส้นทางเครือข่ายมากกว่าสิบกิโลเมตร อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนถ่วงน้ำหนักของการทดสอบมากกว่า 45dB และ EDFA ไม่ทำให้ CSO ลดลง
เวลาโพสต์ : 23-04-2023