1. การจำแนกประเภทของFไอเบอร์Aเครื่องขยายเสียง
เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลมีอยู่ 3 ประเภทหลักๆ ได้แก่
(1) เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์ (SOA, เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์);
(2) เครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยธาตุหายาก (เออร์เบียม Er, ทูเลียม Tm, เพรซีโอไดเมียม Pr, รูบิเดียม Nd ฯลฯ) ส่วนใหญ่เป็นเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยเออร์เบียม (เอ็ดฟา) เช่นเดียวกับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่เจือด้วยทูเลียม (TDFA) และเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่เจือด้วยเพรซีโอไดเมียม (PDFA) เป็นต้น
(3) เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์รามาน (FRA, Fiber Raman Amplifier) ตารางแสดงการเปรียบเทียบประสิทธิภาพหลักของเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเหล่านี้
EDFA (เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบโด๊ปเออร์เบียม)
ระบบเลเซอร์หลายระดับสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเจือปนเส้นใยควอตซ์ด้วยธาตุหายาก (เช่น Nd, Er, Pr, Tm ฯลฯ) และแสงสัญญาณอินพุตจะถูกขยายโดยตรงภายใต้การทำงานของแสงปั๊ม หลังจากให้ผลป้อนกลับที่เหมาะสมแล้ว เลเซอร์ไฟเบอร์จะถูกสร้างขึ้น ความยาวคลื่นใช้งานของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบเจือปน Nd คือ 1060 นาโนเมตรและ 1330 นาโนเมตร การพัฒนาและการใช้งานมีข้อจำกัดเนื่องจากความคลาดเคลื่อนจากพอร์ตซิงก์ที่ดีที่สุดของการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงและเหตุผลอื่นๆ ความยาวคลื่นใช้งานของ EDFA และ PDFA อยู่ในช่วงความยาวคลื่นการสูญเสียต่ำสุด (1550 นาโนเมตร) และความยาวคลื่นการกระจายศูนย์ (1300 นาโนเมตร) ของการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงตามลำดับ และ TDFA ทำงานในย่านความถี่ S ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในระบบสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง EDFA ซึ่งมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วที่สุด ได้ถูกนำมาใช้จริงแล้ว
การPหลักการของ EDFA
โครงสร้างพื้นฐานของ EDFA แสดงไว้ในรูปที่ 1(a) ซึ่งประกอบด้วยตัวกลางที่ใช้งานหลัก (เส้นใยซิลิกาที่เจือด้วยเออร์เบียม ยาวประมาณหลายสิบเมตร มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง 3-5 ไมครอน และความเข้มข้นของสารเจือปน (25-1000)x10-6) แหล่งกำเนิดแสงปั๊ม (LD 990 หรือ 1480 นาโนเมตร) ตัวเชื่อมออปติคัล และตัวแยกออปติคัล แสงสัญญาณและแสงปั๊มสามารถแพร่กระจายไปในทิศทางเดียวกัน (การสูบแบบโคไดเรกชัน) ทิศทางตรงกันข้าม (การสูบแบบย้อนกลับ) หรือทั้งสองทิศทาง (การสูบแบบสองทิศทาง) ในเส้นใยเออร์เบียม เมื่อฉีดไฟสัญญาณและไฟปั๊มเข้าไปในเส้นใยเออร์เบียมพร้อมกัน ไอออนเออร์เบียมจะถูกกระตุ้นจนมีพลังงานสูงภายใต้การทำงานของไฟปั๊ม (รูปที่ 1 (b) ระบบสามระดับ) และสลายตัวอย่างรวดเร็วสู่ระดับพลังงานกึ่งเสถียร เมื่อกลับสู่สถานะพื้นภายใต้การทำงานของไฟสัญญาณตกกระทบ จะปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกับไฟสัญญาณ ทำให้สัญญาณถูกขยาย รูปที่ 1 (c) แสดงสเปกตรัมการปล่อยแสงธรรมชาติที่ขยายแล้ว (ASE) ที่มีแบนด์วิดท์กว้าง (สูงสุด 20-40 นาโนเมตร) และมีสองจุดสูงสุดที่ 1,530 นาโนเมตรและ 1,550 นาโนเมตรตามลำดับ
ข้อได้เปรียบหลักของ EDFA ได้แก่ ค่าเกนสูง แบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ กำลังเอาต์พุตสูง ประสิทธิภาพปั๊มสูง การสูญเสียการแทรกต่ำ และไม่ไวต่อสถานะโพลาไรเซชัน
2. ปัญหาเกี่ยวกับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ออปติก
แม้ว่าเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล (โดยเฉพาะ EDFA) จะมีข้อดีที่โดดเด่นหลายประการ แต่ก็ไม่ใช่เครื่องขยายสัญญาณที่สมบูรณ์แบบ นอกจากสัญญาณรบกวนเพิ่มเติมที่ลดค่า SNR ของสัญญาณแล้ว ยังมีข้อบกพร่องอื่นๆ อีก เช่น
- ความไม่สม่ำเสมอของสเปกตรัมเกนภายในแบนด์วิดท์ของเครื่องขยายเสียงส่งผลต่อประสิทธิภาพการขยายสัญญาณหลายช่องสัญญาณ
- เมื่อเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเรียงต่อกัน ผลกระทบของสัญญาณรบกวน ASE การกระจายตัวของเส้นใย และผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นจะสะสมกัน
ปัญหาเหล่านี้จะต้องได้รับการพิจารณาในการออกแบบแอปพลิเคชันและระบบ
3. การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณแสงในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง
ในระบบสื่อสารผ่านสายใยแก้วนำแสงเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ออปติกสามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่เป็นตัวขยายกำลังของเครื่องส่งสัญญาณเพื่อเพิ่มกำลังในการส่งเท่านั้น แต่ยังเป็นพรีแอมป์ของตัวรับเพื่อปรับปรุงความไวในการรับ และยังสามารถแทนที่รีพีทเตอร์ออปติคอล-ไฟฟ้า-ออปติคอลแบบเดิมได้อีกด้วย เพื่อขยายระยะทางในการส่งและทำให้สามารถสื่อสารด้วยออปติคอลทั้งหมดได้
ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง ปัจจัยหลักที่จำกัดระยะการส่งข้อมูลคือการสูญเสียและการกระจายตัวของใยแก้วนำแสง การใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบสเปกตรัมแคบ หรือการทำงานใกล้กับความยาวคลื่นการกระจายตัวเป็นศูนย์ อิทธิพลของการกระจายตัวของใยแก้วนำแสงมีน้อย ระบบนี้ไม่จำเป็นต้องทำการสร้างสัญญาณใหม่ (รีเลย์ 3R) อย่างสมบูรณ์ที่สถานีถ่ายทอดสัญญาณแต่ละสถานี เพียงแค่ขยายสัญญาณแสงโดยตรงด้วยเครื่องขยายสัญญาณแสง (รีเลย์ 1R) ก็เพียงพอแล้ว เครื่องขยายสัญญาณแสงสามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่ในระบบสายสัญญาณระยะไกลเท่านั้น แต่ยังใช้ในเครือข่ายการกระจายใยแก้วนำแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบ WDM เพื่อขยายสัญญาณหลายช่องสัญญาณพร้อมกัน
1) การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงแบบ Trunk
รูปที่ 2 เป็นแผนผังแสดงการประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงแบบทรังค์ (a) ภาพแสดงให้เห็นว่าเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลถูกใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณเพิ่มกำลังของตัวส่งและตัวขยายสัญญาณพรีแอมป์ของตัวรับ เพื่อเพิ่มระยะทางที่ไม่ใช่รีเลย์เป็นสองเท่า ตัวอย่างเช่น การใช้ EDFA ระบบส่งสัญญาณ ระยะทาง 1.8Gb/s เพิ่มขึ้นจาก 120 กม. เป็น 250 กม. หรืออาจถึง 400 กม. รูปที่ 2 (b)-(d) แสดงการประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลในระบบมัลติรีเลย์ รูปที่ (b) แสดงโหมดรีเลย์ 3R แบบดั้งเดิม รูปที่ (c) แสดงโหมดรีเลย์แบบผสมระหว่างรีพีตเตอร์ 3R และตัวขยายสัญญาณออปติคัล รูปที่ 2 (d) เป็นโหมดรีเลย์ออปติคัลทั้งหมด ในระบบสื่อสารออปติคัลทั้งหมด โหมดนี้ไม่มีวงจรจับเวลาและวงจรสร้างสัญญาณใหม่ จึงมีความโปร่งใสในระดับบิต และไม่มีข้อจำกัดแบบ “แก้วน้ำอิเล็กทรอนิกส์” ตราบใดที่เปลี่ยนอุปกรณ์ส่งและรับที่ปลายทั้งสองข้างแล้ว ก็สามารถอัปเกรดจากอัตราความเร็วต่ำเป็นอัตราความเร็วสูงได้อย่างง่ายดาย และไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล
2) การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณแสงในเครือข่ายจำหน่ายใยแก้วนำแสง
ข้อดีของเอาต์พุตกำลังสูงของเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล (โดยเฉพาะ EDFA) มีประโยชน์มากในเครือข่ายการกระจายบรอดแบนด์ (เช่นโทรทัศน์ระบบเคเบิลเครือข่าย) เครือข่าย CATV แบบดั้งเดิมใช้สายโคแอกเซียล ซึ่งจำเป็นต้องขยายสัญญาณทุกๆ หลายร้อยเมตร และรัศมีการให้บริการของเครือข่ายอยู่ที่ประมาณ 7 กิโลเมตร เครือข่าย CATV ใยแก้วนำแสงที่ใช้เครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มจำนวนผู้ใช้งานแบบกระจายตัวได้อย่างมาก แต่ยังขยายเส้นทางเครือข่ายได้อย่างมากอีกด้วย การพัฒนาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการกระจายสัญญาณใยแก้วนำแสง/ไฮบริด (HFC) ได้ดึงจุดแข็งของทั้งสองระบบมาไว้ด้วยกัน และมีศักยภาพในการแข่งขันที่แข็งแกร่ง
รูปที่ 4 เป็นตัวอย่างเครือข่ายการกระจายสัญญาณใยแก้วนำแสงสำหรับการมอดูเลต AM-VSB ของโทรทัศน์ 35 ช่อง แหล่งกำเนิดแสงของเครื่องส่งสัญญาณคือ DFB-LD ที่มีความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรและกำลังส่งออก 3.3dBm การใช้ EDFA 4 ระดับเป็นตัวขยายสัญญาณการกระจายกำลังไฟฟ้ามีกำลังอินพุตประมาณ -6dBm และกำลังส่งออกประมาณ 13dBm ความไวของตัวรับสัญญาณแสง -9.2d Bm หลังจากการกระจายสัญญาณ 4 ระดับ จำนวนผู้ใช้ทั้งหมดเพิ่มขึ้นเป็น 4.2 ล้านคนและเส้นทางเครือข่ายมากกว่าสิบกิโลเมตร อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนถ่วงน้ำหนักของการทดสอบมากกว่า 45dB และ EDFA ไม่ทำให้ CSO ลดลง
เวลาโพสต์: 23 เม.ย. 2566