1. การจำแนกประเภทของFไอเบอร์Aเครื่องขยายเสียง
แอมพลิฟายเออร์ออปติคอลมีสามประเภทหลัก:
(1) เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ (SOA, เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์);
(2) เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ออปติกเจือด้วยธาตุหายาก (เออร์เบียม Er, ทูเลียม Tm, praseodymium Pr, รูบิเดียม Nd ฯลฯ) ส่วนใหญ่เป็นเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เจือเออร์เบียม (กฟผ) เช่นเดียวกับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่เจือด้วยทูเลียม (TDFA) และเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่เจือด้วยพราซีโอดีเมียม (PDFA) เป็นต้น
(3) เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเครื่องขยายสัญญาณรามานแบบไฟเบอร์ (FRA, เครื่องขยายสัญญาณรามันแบบไฟเบอร์)การเปรียบเทียบประสิทธิภาพหลักของแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเหล่านี้แสดงอยู่ในตาราง
EDFA (เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เจือเออร์เบียม)
ระบบเลเซอร์หลายระดับสามารถเกิดขึ้นได้โดยการเติมเส้นใยควอตซ์ด้วยธาตุหายาก (เช่น Nd, Er, Pr, Tm ฯลฯ) และไฟสัญญาณอินพุตจะถูกขยายโดยตรงภายใต้การทำงานของไฟปั๊มหลังจากให้ข้อเสนอแนะที่เหมาะสมแล้ว จะเกิดไฟเบอร์เลเซอร์ขึ้นความยาวคลื่นในการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ Nd-doped คือ 1060 นาโนเมตรและ 1330 นาโนเมตร และการพัฒนาและการใช้งานมีจำกัดเนื่องจากการเบี่ยงเบนจากพอร์ตซิงค์ที่ดีที่สุดของการสื่อสารใยแก้วนำแสงและเหตุผลอื่นๆความยาวคลื่นในการปฏิบัติงานของ EDFA และ PDFA อยู่ในหน้าต่างของการสูญเสียต่ำสุด (1550 นาโนเมตร) และความยาวคลื่นการกระจายตัวเป็นศูนย์ (1300 นาโนเมตร) ของการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก และ TDFA ทำงานในแถบ S-band ซึ่งเหมาะมากสำหรับการใช้งานระบบการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง .โดยเฉพาะอย่างยิ่ง EDFA ซึ่งเป็นการพัฒนาที่รวดเร็วที่สุดที่สามารถนำไปใช้ได้จริง
ที่Pหลักการของ EDFA
โครงสร้างพื้นฐานของ EDFA แสดงในรูปที่ 1(a) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวกลางที่ออกฤทธิ์ (เส้นใยซิลิกาเจือเออร์เบียมยาวประมาณสิบเมตร โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง 3-5 ไมครอน และความเข้มข้นของสารต้องห้ามที่ (25 -1000)x10-6) , แหล่งกำเนิดแสงของปั๊ม (990 หรือ 1480 นาโนเมตร LD), ตัวเชื่อมต่อแบบออปติคัล และตัวแยกแสงไฟสัญญาณและไฟปั๊มสามารถกระจายไปในทิศทางเดียวกัน (การปั๊มแบบโคทิศทาง) ทิศทางตรงกันข้าม (การปั๊มแบบย้อนกลับ) หรือทั้งสองทิศทาง (การปั๊มแบบสองทิศทาง) ในเส้นใยเออร์เบียมเมื่อไฟสัญญาณและไฟปั๊มถูกฉีดเข้าไปในเส้นใยเออร์เบียมพร้อมกัน ไอออนของเออร์เบียมจะตื่นเต้นจนมีระดับพลังงานสูงภายใต้การทำงานของไฟปั๊ม (รูปที่ 1 (b) ซึ่งเป็นระบบสามระดับ) และสลายตัวอย่างรวดเร็วสู่ระดับพลังงานที่แพร่กระจายได้ เมื่อมันกลับสู่สถานะพื้นดินภายใต้การกระทำของสัญญาณไฟตกกระทบ มันจะปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกับแสงสัญญาณ เพื่อให้สัญญาณถูกขยายรูปที่ 1 (c) คือสเปกตรัมการปล่อยก๊าซธรรมชาติแบบขยาย (ASE) ที่มีแบนด์วิธขนาดใหญ่ (สูงถึง 20-40 นาโนเมตร) และจุดสูงสุดสองค่าที่สอดคล้องกับ 1530 นาโนเมตรและ 1550 นาโนเมตรตามลำดับ
ข้อได้เปรียบหลักของ EDFA คือ อัตราขยายสูง แบนด์วิธขนาดใหญ่ กำลังเอาต์พุตสูง ประสิทธิภาพของปั๊มสูง การสูญเสียการแทรกต่ำ และไม่ไวต่อสถานะโพลาไรเซชัน
2. ปัญหาเกี่ยวกับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ออปติก
แม้ว่าเครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคอล (โดยเฉพาะ EDFA) จะมีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นหลายประการ แต่ก็ไม่ใช่เครื่องขยายสัญญาณในอุดมคตินอกจากสัญญาณรบกวนเพิ่มเติมที่ลด SNR ของสัญญาณแล้ว ยังมีข้อบกพร่องอื่นๆ เช่น:
- ความไม่สม่ำเสมอของสเปกตรัมเกนภายในแบนด์วิดธ์ของแอมพลิฟายเออร์ส่งผลต่อประสิทธิภาพการขยายหลายแชนเนล
- เมื่อเครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคอลถูกต่อเรียงกัน ผลกระทบของสัญญาณรบกวน ASE การกระจายตัวของไฟเบอร์ และเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นจะสะสม
ปัญหาเหล่านี้ต้องได้รับการพิจารณาในการออกแบบแอปพลิเคชันและระบบ
3. การประยุกต์เครื่องขยายสัญญาณออปติกในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง
ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงนั้นเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ออปติกสามารถใช้ไม่เพียง แต่เป็นเครื่องขยายสัญญาณเพิ่มกำลังของเครื่องส่งสัญญาณเพื่อเพิ่มกำลังส่ง แต่ยังเป็นเครื่องขยายสัญญาณของเครื่องรับเพื่อปรับปรุงความไวในการรับและยังสามารถแทนที่ตัวส่งสัญญาณแสง - ไฟฟ้า - ออปติคัลแบบเดิมเพื่อขยายการส่งสัญญาณ ระยะทางและตระหนักถึงการสื่อสารแบบออปติคอลทั้งหมด
ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง ปัจจัยหลักที่จำกัดระยะการส่งข้อมูลคือการสูญเสียและการกระจายตัวของใยแก้วนำแสงการใช้แหล่งกำเนิดแสงสเปกตรัมแคบหรือทำงานใกล้กับความยาวคลื่นที่มีการกระจายตัวเป็นศูนย์ อิทธิพลของการกระจายตัวของเส้นใยจะมีน้อยระบบนี้ไม่จำเป็นต้องดำเนินการสร้างสัญญาณไทม์มิ่งใหม่อย่างสมบูรณ์ (รีเลย์ 3R) ที่สถานีรีเลย์แต่ละสถานีการขยายสัญญาณแสงโดยตรงด้วยเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล (รีเลย์ 1R) ก็เพียงพอแล้วเครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคัลสามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่ในระบบสายสัญญาณระยะไกลเท่านั้น แต่ยังใช้ในเครือข่ายการกระจายไฟเบอร์ออปติก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบ WDM เพื่อขยายหลายช่องสัญญาณพร้อมกัน
1) การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลในระบบสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก Trunk
รูปที่ 2 เป็นแผนผังของการประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงลำตัว(a) ภาพแสดงให้เห็นว่ามีการใช้เครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคอลเป็นเครื่องขยายกำลังเพิ่มกำลังของเครื่องส่งสัญญาณและเครื่องขยายเสียงของเครื่องรับเพื่อให้ระยะห่างที่ไม่ใช่รีเลย์เป็นสองเท่าเช่น การนำ EDFA มาใช้ การส่งข้อมูลของระบบ ระยะทาง 1.8Gb/s เพิ่มขึ้นจาก 120 กม. เป็น 250 กม. หรือแม้แต่ 400 กม.รูปที่ 2 (b)-(d) คือการประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคัลในระบบมัลติรีเลย์รูปที่ (b) คือโหมดรีเลย์ 3R แบบดั้งเดิมรูปที่ (c) คือโหมดรีเลย์แบบผสมของตัวทำซ้ำ 3R และแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลรูปที่ 2 (d) เป็นโหมดรีเลย์ออปติคอลทั้งหมดในระบบการสื่อสารแบบออปติคัลทั้งหมด จะไม่รวมวงจรกำหนดเวลาและการสร้างใหม่ ดังนั้นจึงมีความโปร่งใสเล็กน้อย และไม่มีข้อจำกัด "เครื่องตีขวดแบบอิเล็กทรอนิกส์"ตราบใดที่มีการเปลี่ยนอุปกรณ์การส่งและรับที่ปลายทั้งสองข้าง การอัพเกรดจากอัตราต่ำไปเป็นอัตราสูงก็เป็นเรื่องง่าย และไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล
2) การประยุกต์ใช้เครื่องขยายสัญญาณแสงในเครือข่ายการกระจายใยแก้วนำแสง
ข้อดีของการส่งออกพลังงานสูงของเครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคัล (โดยเฉพาะ EDFA) มีประโยชน์อย่างมากในเครือข่ายการกระจายบรอดแบนด์ (เช่นกสทเครือข่าย)เครือข่าย CATV แบบดั้งเดิมใช้สายโคแอกเชียล ซึ่งจำเป็นต้องขยายทุกๆ หลายร้อยเมตร และรัศมีการให้บริการของเครือข่ายคือประมาณ 7 กม.เครือข่าย CATV ใยแก้วนำแสงที่ใช้เครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคอลไม่เพียงเพิ่มจำนวนผู้ใช้แบบกระจายได้อย่างมาก แต่ยังขยายเส้นทางเครือข่ายได้อย่างมากอีกด้วยการพัฒนาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการกระจายตัวของใยแก้วนำแสง/ไฮบริด (HFC) ดึงจุดแข็งของทั้งสองอย่างและมีความสามารถในการแข่งขันที่แข็งแกร่ง
รูปที่ 4 เป็นตัวอย่างเครือข่ายการกระจายใยแก้วนำแสงสำหรับการปรับ AM-VSB ของทีวี 35 ช่องแหล่งกำเนิดแสงของเครื่องส่งสัญญาณคือ DFB-LD ที่มีความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตร และกำลังเอาต์พุต 3.3dBmการใช้ EDFA 4 ระดับเป็นแอมพลิฟายเออร์กระจายกำลัง กำลังอินพุตประมาณ -6dBm และกำลังเอาท์พุตประมาณ 13dBmความไวของตัวรับสัญญาณแสง -9.2d Bm.หลังจากกระจายไป 4 ระดับ จำนวนผู้ใช้งานก็สูงถึง 4.2 ล้านคน และเส้นทางเครือข่ายยาวกว่าสิบกิโลเมตรอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนแบบถ่วงน้ำหนักของการทดสอบมากกว่า 45dB และ EDFA ไม่ได้ทำให้ CSO ลดลง
เวลาโพสต์: 23 เมษายน-2023