1. تصنيفFiberAمكبرات الصوت
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مكبرات الصوت الضوئية:
(1) مضخم بصري لأشباه الموصلات (SOA، مضخم بصري لأشباه الموصلات)؛
(2) مضخمات الألياف الضوئية المطعمة بعناصر أرضية نادرة (الإربيوم Er، الثوليوم Tm، البراسيوديميوم Pr، الروبيديوم Nd، إلخ)، وبشكل رئيسي مضخمات الألياف المطعمة بالإربيوم (إدفا)، بالإضافة إلى مضخمات الألياف المشبعة بالثوليوم (TDFA) ومضخمات الألياف المشبعة بالبراسيوديميوم (PDFA)، وما إلى ذلك.
(3) مضخمات الألياف غير الخطية، وبشكل رئيسي مضخمات الألياف رامان (FRA، مضخم رامان الألياف).يظهر الجدول مقارنة الأداء الرئيسية لهذه المضخمات الضوئية
EDFA (مضخم الألياف المخدر بالإربيوم)
يمكن تشكيل نظام ليزر متعدد المستويات عن طريق تطعيم ألياف الكوارتز بعناصر أرضية نادرة (مثل Nd وEr وPr وTm وما إلى ذلك)، ويتم تضخيم ضوء إشارة الإدخال مباشرة تحت تأثير ضوء المضخة.بعد تقديم التغذية الراجعة المناسبة، يتم تشكيل ألياف الليزر.الطول الموجي العامل لمضخم الألياف Nd-doped هو 1060 نانومتر و1330 نانومتر، وتطويره وتطبيقه محدودان بسبب الانحراف عن أفضل منفذ حوض لاتصالات الألياف الضوئية وأسباب أخرى.تقع الأطوال الموجية العاملة لـ EDFA وPDFA على التوالي في نافذة أدنى خسارة (1550 نانومتر) وطول موجة التشتت الصفري (1300 نانومتر) لاتصالات الألياف الضوئية، وتعمل TDFA في النطاق S، وهي مناسبة جدًا لتطبيقات نظام اتصالات الألياف الضوئية .خاصة أن EDFA، التطور الأسرع، أصبح عمليًا.
الPمبدأ EDFA
يظهر الشكل 1 (أ) الهيكل الأساسي لـ EDFA، والذي يتكون بشكل أساسي من وسط نشط (ألياف السيليكا المشبعة بالإربيوم يبلغ طولها حوالي عشرات الأمتار، ويبلغ قطرها الأساسي 3-5 ميكرون وتركيز المنشطات قدره (25 -1000)x10-6)، مصدر ضوء المضخة (990 أو 1480 نانومتر LD)، المقرنة البصرية والعازل البصري.يمكن أن ينتشر ضوء الإشارة وضوء المضخة في نفس الاتجاه (الضخ ثنائي الاتجاه)، أو في الاتجاهين المعاكسين (الضخ العكسي) أو كلا الاتجاهين (الضخ ثنائي الاتجاه) في ألياف الإربيوم.عندما يتم حقن ضوء الإشارة وضوء المضخة في ألياف الإربيوم في نفس الوقت، يتم تحفيز أيونات الإربيوم إلى مستوى طاقة مرتفع تحت تأثير ضوء المضخة (الشكل 1 (ب)، نظام ثلاثي المستويات)، ويتحلل بسرعة إلى مستوى الطاقة شبه المستقر، وعندما يعود إلى الحالة الأرضية تحت تأثير ضوء الإشارة الساقطة، فإنه ينبعث من الفوتونات المقابلة لضوء الإشارة، بحيث يتم تضخيم الإشارة.الشكل 1 (ج) هو طيف الانبعاث التلقائي المتضخم (ASE) مع عرض نطاق ترددي كبير (يصل إلى 20-40 نانومتر) وقمتين تقابلان 1530 نانومتر و1550 نانومتر على التوالي.
تتمثل المزايا الرئيسية لـ EDFA في الكسب العالي، وعرض النطاق الترددي الكبير، وقدرة الخرج العالية، وكفاءة المضخة العالية، وفقدان الإدراج المنخفض، وعدم الحساسية لحالة الاستقطاب.
2. مشاكل في مكبرات الصوت ذات الألياف الضوئية
على الرغم من أن مكبر الصوت البصري (خاصة EDFA) يتمتع بالعديد من المزايا الرائعة، إلا أنه ليس مضخمًا مثاليًا.بالإضافة إلى الضوضاء الإضافية التي تقلل من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR)، هناك بعض العيوب الأخرى، مثل:
- يؤثر تفاوت طيف الكسب داخل عرض نطاق مكبر الصوت على أداء التضخيم متعدد القنوات؛
- عندما يتم تتالي مكبرات الصوت الضوئية، سوف تتراكم تأثيرات ضوضاء ASE وتشتت الألياف والتأثيرات غير الخطية.
يجب أن تؤخذ هذه القضايا في الاعتبار عند تصميم التطبيق والنظام.
3. تطبيق المضخم البصري في نظام اتصالات الألياف الضوئية
في نظام اتصالات الألياف الضوئيةمضخم الألياف الضوئيةيمكن استخدامه ليس فقط كمضخم لتعزيز طاقة جهاز الإرسال لزيادة قوة الإرسال، ولكن أيضًا كمضخم أولي لجهاز الاستقبال لتحسين حساسية الاستقبال، ويمكن أيضًا أن يحل محل المكرر البصري الكهربائي البصري التقليدي، لتمديد الإرسال المسافة وتحقيق جميع الاتصالات البصرية.
في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية، تتمثل العوامل الرئيسية التي تحد من مسافة الإرسال في فقدان الألياف الضوئية وتشتتها.باستخدام مصدر ضوء ضيق الطيف، أو العمل بالقرب من الطول الموجي صفر التشتت، يكون تأثير تشتت الألياف صغيرًا.لا يحتاج هذا النظام إلى إجراء تجديد كامل لتوقيت الإشارة (مرحل 3R) في كل محطة ترحيل.يكفي تضخيم الإشارة الضوئية مباشرة باستخدام مضخم بصري (مرحل 1R).يمكن استخدام المضخمات الضوئية ليس فقط في أنظمة الإرسال لمسافات طويلة ولكن أيضًا في شبكات توزيع الألياف الضوئية، خاصة في أنظمة WDM، لتضخيم قنوات متعددة في وقت واحد.
1) تطبيق مكبرات الصوت الضوئية في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية
الشكل 2 عبارة عن رسم تخطيطي لتطبيق مكبر الصوت البصري في نظام اتصالات الألياف الضوئية الجذعي.(أ) توضح الصورة أن مكبر الصوت البصري يستخدم كمضخم تعزيز القدرة للمرسل ومضخم الصوت لجهاز الاستقبال بحيث يتم مضاعفة المسافة غير التتابعية.على سبيل المثال، اعتماد EDFA، نظام النقل تزيد مسافة 1.8 جيجابت/ثانية من 120 كم إلى 250 كم أو حتى تصل إلى 400 كم.الشكل 2 (ب) - (د) هو تطبيق مكبرات الصوت الضوئية في أنظمة الترحيل المتعدد؛الشكل (ب) هو وضع التتابع التقليدي 3R؛الشكل (ج) هو وضع التتابع المختلط لمكررات 3R ومكبرات الصوت الضوئية؛الشكل 2 (د) إنه وضع ترحيل بصري بالكامل؛في نظام الاتصالات الضوئية بالكامل، لا يتضمن دوائر التوقيت والتجديد، لذلك فهو شفاف قليلاً، ولا يوجد أي قيود على "شارب الزجاجة الإلكتروني".طالما تم استبدال معدات الإرسال والاستقبال في كلا الطرفين، فمن السهل الترقية من معدل منخفض إلى معدل مرتفع، ولا يلزم استبدال مكبر الصوت البصري.
2) تطبيق المضخم البصري في شبكة توزيع الألياف الضوئية
تعد مزايا خرج الطاقة العالية للمكبرات الضوئية (خاصة EDFA) مفيدة جدًا في شبكات توزيع النطاق العريض (مثلالكيبل التلفزيونيالشبكات).تعتمد شبكة CATV التقليدية كبلًا متحد المحور، والذي يحتاج إلى تضخيمه كل عدة مئات من الأمتار، ويبلغ نصف قطر خدمة الشبكة حوالي 7 كم.لا تستطيع شبكة الألياف الضوئية CATV التي تستخدم مكبرات الصوت الضوئية زيادة عدد المستخدمين الموزعين بشكل كبير فحسب، بل يمكنها أيضًا توسيع مسار الشبكة بشكل كبير.أظهرت التطورات الأخيرة أن توزيع الألياف الضوئية/الهجينة (HFC) يستمد نقاط القوة لكل منهما ويتمتع بقدرة تنافسية قوية.
الشكل 4 هو مثال لشبكة توزيع الألياف الضوئية لتعديل AM-VSB لـ 35 قناة تلفزيونية.مصدر الضوء لجهاز الإرسال هو DFB-LD بطول موجة يبلغ 1550 نانومتر وقدرة خرج تبلغ 3.3 ديسيبل ميلي واط.باستخدام EDFA ذو 4 مستويات كمضخم لتوزيع الطاقة، تبلغ طاقة الإدخال الخاصة به حوالي -6dBm، وطاقة الإخراج حوالي 13dBm.حساسية جهاز الاستقبال البصري -9.2 دي بي إم.وبعد 4 مستويات من التوزيع، وصل إجمالي عدد المستخدمين إلى 4.2 مليون، ومسار الشبكة أكثر من عشرات الكيلومترات.كانت نسبة الإشارة إلى الضوضاء الموزونة في الاختبار أكبر من 45 ديسيبل، ولم يتسبب EDFA في انخفاض في CSO.
وقت النشر: 23 أبريل 2023