EDFA എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറിന്റെ തത്വവും പ്രയോഗവും

തത്വവും പ്രയോഗവുംEDFA എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയർ

അടിസ്ഥാന ഘടനഇ.ഡി.എഫ്.എ.എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയർ, പ്രധാനമായും ഒരു സജീവ മാധ്യമം (ഡസൻ കണക്കിന് മീറ്റർ നീളമുള്ള ഡോപ്പഡ് ക്വാർട്സ് ഫൈബർ, കോർ വ്യാസം 3-5 മൈക്രോൺ, ഡോപ്പിംഗ് കോൺസൺട്രേഷൻ (25-1000)x10-6), പമ്പ് ലൈറ്റ് സോഴ്‌സ് (990 അല്ലെങ്കിൽ 1480nm LD), ഒപ്റ്റിക്കൽ കപ്ലർ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഐസൊലേറ്റർ എന്നിവയാൽ നിർമ്മിതമാണ്. സിഗ്നൽ ലൈറ്റിനും പമ്പ് ലൈറ്റിനും എർബിയം ഫൈബറിൽ ഒരേ ദിശയിൽ (കോ-പമ്പിംഗ്), വിപരീത ദിശയിൽ (റിവേഴ്സ് പമ്പിംഗ്) അല്ലെങ്കിൽ രണ്ട് ദിശകളിലും (ബൈഡയറക്ഷണൽ പമ്പിംഗ്) പ്രചരിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. സിഗ്നൽ ലൈറ്റും പമ്പ് ലൈറ്റും ഒരേ സമയം എർബിയം ഫൈബറിലേക്ക് കുത്തിവയ്ക്കുമ്പോൾ, പമ്പ് ലൈറ്റിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ എർബിയം അയോൺ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലേക്ക് (ത്രീ-ലെവൽ സിസ്റ്റം) ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുകയും ഉടൻ തന്നെ മെറ്റാസ്റ്റബിൾ ലെവലിലേക്ക് ക്ഷയിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സംഭവ സിഗ്നൽ ലൈറ്റിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ അത് ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റിലേക്ക് മടങ്ങുമ്പോൾ, സിഗ്നൽ ലൈറ്റിന് അനുയോജ്യമായ ഫോട്ടോൺ പുറപ്പെടുവിക്കപ്പെടുന്നു, അങ്ങനെ സിഗ്നൽ വർദ്ധിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. ഇതിന്റെ ആംപ്ലിഫൈഡ് സ്പോട്ടാനോമസ് എമിഷൻ (ASE) സ്പെക്ട്രത്തിന് വലിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് (20-40nm വരെ) ഉണ്ട്, കൂടാതെ യഥാക്രമം 1530nm ഉം 1550nm ഉം തുല്യമായ രണ്ട് കൊടുമുടികളുമുണ്ട്.

പ്രധാന ഗുണങ്ങൾEDFA ആംപ്ലിഫയർഉയർന്ന ഗെയിൻ, വലിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, ഉയർന്ന ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ, ഉയർന്ന പമ്പിംഗ് കാര്യക്ഷമത, കുറഞ്ഞ ഇൻസേർഷൻ നഷ്ടം, പോളറൈസേഷൻ അവസ്ഥകളോടുള്ള സംവേദനക്ഷമതയില്ലായ്മ എന്നിവയാണ്.

എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറിന്റെ പ്രവർത്തന തത്വം

എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയർ (EDFA ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയർ(ഏകദേശം 10-30 മീറ്റർ നീളമുള്ള എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബറും ഒരു പമ്പ് ലൈറ്റ് സ്രോതസ്സും ചേർന്നതാണ് പ്രധാനമായും. പമ്പ് ചെയ്ത പ്രകാശ സ്രോതസ്സിന്റെ (തരംഗദൈർഘ്യം 980nm അല്ലെങ്കിൽ 1480nm) പ്രവർത്തനത്തിൽ എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ഉത്തേജിത വികിരണം സൃഷ്ടിക്കുന്നു എന്നതാണ് പ്രവർത്തന തത്വം, കൂടാതെ ഇൻപുട്ട് ലൈറ്റ് സിഗ്നലിന്റെ മാറ്റത്തിനനുസരിച്ച് വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന പ്രകാശം മാറുന്നു, ഇത് ഇൻപുട്ട് ലൈറ്റ് സിഗ്നൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് തുല്യമാണ്. എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറിന്റെ നേട്ടം സാധാരണയായി 15-40db ആണെന്നും റിലേ ദൂരം 100 കിലോമീറ്ററിൽ കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്നും ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. അപ്പോൾ, ആളുകൾക്ക് ചോദിക്കാതിരിക്കാൻ കഴിയില്ല: പ്രകാശ തരംഗങ്ങളുടെ തീവ്രത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറിൽ ഡോപ്പഡ് എർബിയം ഉപയോഗിക്കുന്നതിനെക്കുറിച്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞർ ചിന്തിച്ചത് എന്തുകൊണ്ടാണ്? എർബിയം ഒരു അപൂർവ ഭൂമി മൂലകമാണെന്നും അപൂർവ ഭൂമി മൂലകങ്ങൾക്ക് അവരുടേതായ പ്രത്യേക ഘടനാപരമായ സവിശേഷതകളുണ്ടെന്നും നമുക്കറിയാം. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളിൽ അപൂർവ ഭൂമി മൂലകങ്ങൾ ഡോപ്പിംഗ് ചെയ്യുന്നത് വളരെക്കാലമായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു, അതിനാൽ ഇത് ആകസ്മികമായ ഒരു ഘടകമല്ല. കൂടാതെ, പമ്പ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം 980nm അല്ലെങ്കിൽ 1480nm ആയി തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്? വാസ്തവത്തിൽ, പമ്പ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം 520nm, 650nm, 980nm, 1480nm ആകാം, എന്നാൽ 1480nm പമ്പ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് ലേസർ കാര്യക്ഷമതയുടെ തരംഗദൈർഘ്യമാണ് ഏറ്റവും ഉയർന്നതെന്ന് പ്രാക്ടീസ് തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്, തുടർന്ന് 980nm പമ്പ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം.

ശാരീരിക ഘടന

എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറിന്റെ (EDFA ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയർ) അടിസ്ഥാന ഘടന. ഇൻപുട്ട് അറ്റത്തും ഔട്ട്പുട്ട് അറ്റത്തും ഒരു ഐസൊലേറ്റർ ഉണ്ട്, ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നൽ വൺ-വേ ട്രാൻസ്മിഷൻ ആക്കുക എന്നതാണ് ഇതിന്റെ ഉദ്ദേശ്യം. പമ്പ് എക്‌സൈറ്ററിന് 980nm അല്ലെങ്കിൽ 1480nm തരംഗദൈർഘ്യമുണ്ട്, ഇത് ഊർജ്ജം നൽകാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇൻപുട്ട് ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലും പമ്പ് ലൈറ്റും എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബറിലേക്ക് ജോടിയാക്കുക, ഇൻപുട്ട് ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലിന്റെ ഊർജ്ജ ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ സാക്ഷാത്കരിക്കുന്നതിന് എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബറിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിലൂടെ പമ്പ് ലൈറ്റിന്റെ ഊർജ്ജം ഇൻപുട്ട് ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലിലേക്ക് മാറ്റുക എന്നതാണ് കപ്ലറിന്റെ പ്രവർത്തനം. ഉയർന്ന ഔട്ട്‌പുട്ട് ഒപ്റ്റിക്കൽ പവറും കുറഞ്ഞ നോയ്‌സ് ഇൻഡക്സും ലഭിക്കുന്നതിന്, പ്രായോഗികമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയർ, പരസ്പരം ഒറ്റപ്പെടുത്തുന്നതിന് മധ്യത്തിൽ ഐസൊലേറ്ററുകളുള്ള രണ്ടോ അതിലധികമോ പമ്പ് സ്രോതസ്സുകളുടെ ഘടന സ്വീകരിക്കുന്നു. വിശാലവും പരന്നതുമായ ഗെയിൻ കർവ് ലഭിക്കുന്നതിന്, ഒരു ഗെയിൻ ഫ്ലാറ്റനിംഗ് ഫിൽട്ടർ ചേർക്കുന്നു.

EDFA-യിൽ അഞ്ച് പ്രധാന ഭാഗങ്ങളുണ്ട്: എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ (EDF), ഒപ്റ്റിക്കൽ കപ്ലർ (WDM), ഒപ്റ്റിക്കൽ ഐസൊലേറ്റർ (ISO), ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫിൽറ്റർ, പമ്പിംഗ് സപ്ലൈ. സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന പമ്പ് സ്രോതസ്സുകളിൽ 980nm ഉം 1480nm ഉം ഉൾപ്പെടുന്നു, ഈ രണ്ട് പമ്പ് സ്രോതസ്സുകളും ഉയർന്ന പമ്പിംഗ് കാര്യക്ഷമതയുള്ളതും കൂടുതൽ ഉപയോഗിക്കുന്നതുമാണ്. 980nm പമ്പ് ലൈറ്റ് സോഴ്‌സ് നോയ്‌സ് കോഫിഫിഷ്യന്റ് കുറവാണ്; 1480nm പമ്പ് ലൈറ്റ് സോഴ്‌സിന് ഉയർന്ന പമ്പിംഗ് കാര്യക്ഷമതയുണ്ട്, കൂടാതെ വലിയ ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ (980nm പമ്പ് ലൈറ്റ് സോഴ്‌സിനേക്കാൾ ഏകദേശം 3dB കൂടുതലാണ്) ലഭിക്കും.

നേട്ടം

1. സിംഗിൾ-മോഡ് ഫൈബറിന്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ അറ്റന്യൂവേഷൻ വിൻഡോയുമായി ഓപ്പറേറ്റിംഗ് തരംഗദൈർഘ്യം പൊരുത്തപ്പെടുന്നു.

2. ഉയർന്ന കപ്ലിംഗ് കാര്യക്ഷമത. ഇത് ഒരു ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയർ ആയതിനാൽ, ട്രാൻസ്മിഷൻ ഫൈബറുമായി ബന്ധിപ്പിക്കാൻ എളുപ്പമാണ്.

3. ഉയർന്ന ഊർജ്ജ പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമത. EDF ന്റെ കോർ ട്രാൻസ്മിഷൻ ഫൈബറിനേക്കാൾ ചെറുതാണ്, കൂടാതെ സിഗ്നൽ ലൈറ്റും പമ്പ് ലൈറ്റും EDF ൽ ഒരേസമയം കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, അതിനാൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ ശേഷി വളരെ സാന്ദ്രീകൃതമാണ്. ഇത് പ്രകാശവും ഗെയിൻ മീഡിയം Er അയോണും തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെ വളരെ പൂർണ്ണമാക്കുന്നു, എർബിയം-ഡോപ്പ് ചെയ്ത ഫൈബറിന്റെ ഉചിതമായ നീളവുമായി സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ പ്രകാശ ഊർജ്ജത്തിന്റെ പരിവർത്തന കാര്യക്ഷമത ഉയർന്നതാണ്.

4. ഉയർന്ന നേട്ടം, കുറഞ്ഞ ശബ്ദ സൂചിക, വലിയ ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ, ചാനലുകൾക്കിടയിൽ കുറഞ്ഞ ക്രോസ്‌സ്റ്റോക്ക്.

5. സ്ഥിരതയുള്ള നേട്ട സവിശേഷതകൾ: EDFA താപനിലയോട് സംവേദനക്ഷമമല്ല, കൂടാതെ നേട്ടത്തിന് ധ്രുവീകരണവുമായി വലിയ ബന്ധമൊന്നുമില്ല.

6. ഗെയിൻ സവിശേഷത സിസ്റ്റം ബിറ്റ് റേറ്റിൽ നിന്നും ഡാറ്റ ഫോർമാറ്റിൽ നിന്നും സ്വതന്ത്രമാണ്.

പോരായ്മ

1. നോൺലീനിയർ ഇഫക്റ്റ്: ഫൈബറിലേക്ക് കുത്തിവയ്ക്കുന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ വർദ്ധിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് EDFA ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, എന്നാൽ വലുതാകുന്തോറും നല്ലത്. ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ ഒരു പരിധി വരെ വർദ്ധിപ്പിക്കുമ്പോൾ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറിന്റെ നോൺലീനിയർ ഇഫക്റ്റ് ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടും. അതിനാൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറുകൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, സിംഗിൾ-ചാനൽ ഇൻകമിംഗ് ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന്റെ മൂല്യത്തിൽ ശ്രദ്ധ ചെലുത്തണം.

2. ഗെയിൻ തരംഗദൈർഘ്യ ശ്രേണി നിശ്ചയിച്ചിരിക്കുന്നു: സി-ബാൻഡ് EDFA യുടെ പ്രവർത്തന തരംഗദൈർഘ്യ ശ്രേണി 1530nm~1561nm ആണ്; L-ബാൻഡ് EDFA യുടെ പ്രവർത്തന തരംഗദൈർഘ്യ ശ്രേണി 1565nm~1625nm ആണ്.

3. അസമമായ ഗെയിൻ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്: EDFA എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറിന്റെ ഗെയിൻ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് വളരെ വിശാലമാണ്, പക്ഷേ EDF ന്റെ ഗെയിൻ സ്പെക്ട്രം തന്നെ ഫ്ലാറ്റ് അല്ല. WDM സിസ്റ്റത്തിലെ ഗെയിൻ ഫ്ലാറ്റനിംഗ് ഫിൽട്ടർ സ്വീകരിക്കണം.

4. ലൈറ്റ് സർജ് പ്രശ്നം: ലൈറ്റ് പാത്ത് സാധാരണമാകുമ്പോൾ, പമ്പ് ലൈറ്റ് ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്ന എർബിയം അയോണുകൾ സിഗ്നൽ ലൈറ്റ് കൊണ്ടുപോകുന്നു, അങ്ങനെ സിഗ്നൽ ലൈറ്റിന്റെ ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ പൂർത്തിയാക്കുന്നു. മെറ്റാസ്റ്റബിൾ എർബിയം അയോണുകൾ അടിഞ്ഞുകൂടുന്നത് തുടരുന്നതിനാൽ ഇൻപുട്ട് ലൈറ്റ് വെട്ടിച്ചുരുക്കിയാൽ, സിഗ്നൽ ലൈറ്റ് പുനഃസ്ഥാപിച്ചുകഴിഞ്ഞാൽ, ഊർജ്ജം കുതിച്ചുയരും, അതിന്റെ ഫലമായി ലൈറ്റ് സർജ് ഉണ്ടാകും.

5. ഒപ്റ്റിക്കൽ സർജിനുള്ള പരിഹാരം EDFA-യിലെ ഓട്ടോമാറ്റിക് ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ റിഡക്ഷൻ (APR) അല്ലെങ്കിൽ ഓട്ടോമാറ്റിക് ഒപ്റ്റിക്കൽ പവർ ഓഫ് (APSD) ഫംഗ്‌ഷൻ സാക്ഷാത്കരിക്കുക എന്നതാണ്, അതായത്, ഇൻപുട്ട് ലൈറ്റ് ഇല്ലാത്തപ്പോൾ EDFA സ്വയമേവ പവർ കുറയ്ക്കുകയോ പവർ ഓഫ് ചെയ്യുകയോ ചെയ്യുന്നു, അതുവഴി സർജ് പ്രതിഭാസം ഉണ്ടാകുന്നത് അടിച്ചമർത്തുന്നു.

ആപ്ലിക്കേഷൻ മോഡ്

1. ബൂസ്റ്റർ തരംഗത്തിന് ശേഷം ഒന്നിലധികം തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള സിഗ്നലുകളുടെ പവർ വർദ്ധിപ്പിക്കാനും അവ പ്രക്ഷേപണം ചെയ്യാനും ബൂസ്റ്റർ ആംപ്ലിഫയർ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ബൂസ്റ്റർ തരംഗത്തിന് ശേഷമുള്ള സിഗ്നൽ പവർ സാധാരണയായി വലുതായതിനാൽ, ഒരു പവർ ആംപ്ലിഫയറിന്റെ ശബ്ദ സൂചികയും നേട്ടവും വളരെ ഉയർന്നതല്ല. താരതമ്യേന വലിയ ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ ഉണ്ട്.

2. പവർ ആംപ്ലിഫയറിന് ശേഷം, ലൈൻ ട്രാൻസ്മിഷൻ നഷ്ടം ഇടയ്ക്കിടെ നികത്താൻ ലൈൻ-ആംപ്ലിഫയർ ഉപയോഗിക്കുന്നു, സാധാരണയായി താരതമ്യേന ചെറിയ ശബ്ദ സൂചികയും വലിയ ഔട്ട്‌പുട്ട് ഒപ്റ്റിക്കൽ പവറും ആവശ്യമാണ്.

3. പ്രീ-ആംപ്ലിഫയർ: സ്പ്ലിറ്ററിന് മുമ്പും ലൈൻ ആംപ്ലിഫയറിനു ശേഷവും, സിഗ്നൽ വർദ്ധിപ്പിക്കാനും റിസീവറിന്റെ സംവേദനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്താനും ഇത് ഉപയോഗിക്കുന്നു (ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം (OSNR) ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുന്ന സാഹചര്യത്തിൽ, വലിയ ഇൻപുട്ട് പവർ റിസീവറിന്റെ തന്നെ ശബ്ദത്തെ അടിച്ചമർത്തുകയും സ്വീകരിക്കുന്ന സംവേദനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യും), കൂടാതെ ശബ്ദ സൂചിക വളരെ ചെറുതാണ്. ഔട്ട്‌പുട്ട് പവറിൽ വലിയ ആവശ്യകതകളൊന്നുമില്ല.