1. वर्गीकरणFइबेरAएम्पलीफायरों
ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के तीन मुख्य प्रकार हैं:
(1) सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (एसओए, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर);
(2) दुर्लभ पृथ्वी तत्वों (एर्बियम ईआर, थुलियम टीएम, प्रेजोडियम पीआर, रुबिडियम एनडी, आदि) के साथ डोप किए गए ऑप्टिकल फाइबर एम्पलीफायर, मुख्य रूप से एर्बियम-डोप किए गए फाइबर एम्पलीफायर (ईडीएफए), साथ ही थुलियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर (टीडीएफए) और प्रेजोडायमियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर (पीडीएफए), आदि।
(3) नॉनलाइनियर फाइबर एम्पलीफायर, मुख्यतः फाइबर रमन एम्पलीफायर (FRA, फाइबर रमन एम्पलीफायर)। इन ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का मुख्य प्रदर्शन तुलना तालिका में दी गई है।
EDFA (एर्बियम डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर)
क्वार्ट्ज फाइबर को दुर्लभ पृथ्वी तत्वों (जैसे एनडी, एर, पीआर, टीएम, आदि) के साथ डोपिंग करके एक बहु-स्तरीय लेजर प्रणाली बनाई जा सकती है, और पंप प्रकाश की कार्रवाई के तहत इनपुट सिग्नल लाइट को सीधे प्रवर्धित किया जाता है। उचित प्रतिक्रिया प्रदान करने के बाद, एक फाइबर लेजर बनता है। एनडी-डोपेड फाइबर एम्पलीफायर का कार्य तरंगदैर्ध्य 1060nm और 1330nm है, और फाइबर ऑप्टिक संचार के सर्वश्रेष्ठ सिंक पोर्ट से विचलन और अन्य कारणों से इसका विकास और अनुप्रयोग सीमित है। EDFA और PDFA के ऑपरेटिंग तरंगदैर्ध्य क्रमशः ऑप्टिकल फाइबर संचार के सबसे कम नुकसान (1550nm) और शून्य फैलाव तरंगदैर्ध्य (1300nm) की खिड़की में हैं, और TDFA एस-बैंड में संचालित होता है, जो ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयुक्त है। विशेष रूप से EDFA, सबसे तेजी से विकसित, व्यावहारिक रहा है।
PEDFA का सिद्धांत
EDFA की मूल संरचना चित्र 1(a) में दर्शाई गई है, जो मुख्यतः एक सक्रिय माध्यम (लगभग दसियों मीटर लंबा अर्बियम-डोपेड सिलिका फाइबर, जिसका कोर व्यास 3-5 माइक्रोन और डोपिंग सांद्रता (25-1000)x10-6) है, पंप प्रकाश स्रोत (990 या 1480nm LD), ऑप्टिकल कपलर और ऑप्टिकल आइसोलेटर से बना है। अर्बियम फाइबर में सिग्नल लाइट और पंप लाइट एक ही दिशा (सह-दिशात्मक पंपिंग), विपरीत दिशाओं (रिवर्स पंपिंग) या दोनों दिशाओं (द्विदिशात्मक पंपिंग) में प्रसारित हो सकती हैं। जब सिग्नल लाइट और पंप लाइट को एक ही समय में एर्बियम फाइबर में इंजेक्ट किया जाता है, तो पंप लाइट (चित्र 1 (b), एक त्रि-स्तरीय प्रणाली) की क्रिया के तहत एर्बियम आयन एक उच्च ऊर्जा स्तर तक उत्तेजित हो जाते हैं, और तेज़ी से मेटास्टेबल ऊर्जा स्तर तक क्षय हो जाते हैं। जब यह घटना सिग्नल लाइट की क्रिया के तहत जमीनी अवस्था में लौटता है, तो यह सिग्नल लाइट के अनुरूप फोटॉन उत्सर्जित करता है, जिससे सिग्नल प्रवर्धित होता है। चित्र 1 (c) इसका प्रवर्धित स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन (ASE) स्पेक्ट्रम है जिसमें एक बड़ी बैंडविड्थ (20-40nm तक) और क्रमशः 1530nm और 1550nm के अनुरूप दो चोटियाँ हैं।
ईडीएफए के मुख्य लाभ उच्च लाभ, बड़ी बैंडविड्थ, उच्च आउटपुट शक्ति, उच्च पंप दक्षता, कम सम्मिलन हानि और ध्रुवीकरण स्थिति के प्रति असंवेदनशीलता हैं।
2. फाइबर ऑप्टिकल एम्पलीफायरों की समस्याएं
हालाँकि ऑप्टिकल एम्पलीफायर (विशेषकर EDFA) के कई उत्कृष्ट लाभ हैं, फिर भी यह एक आदर्श एम्पलीफायर नहीं है। सिग्नल के SNR को कम करने वाले अतिरिक्त शोर के अलावा, इसमें कुछ अन्य कमियाँ भी हैं, जैसे:
- एम्पलीफायर बैंडविड्थ के भीतर लाभ स्पेक्ट्रम की असमानता मल्टी-चैनल प्रवर्धन प्रदर्शन को प्रभावित करती है;
- जब ऑप्टिकल एम्पलीफायरों को कैस्केड किया जाता है, तो एएसई शोर, फाइबर फैलाव और नॉनलाइनियर प्रभाव एकत्रित हो जाएंगे।
अनुप्रयोग और सिस्टम डिजाइन में इन मुद्दों पर विचार किया जाना चाहिए।
3. ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली में ऑप्टिकल एम्पलीफायर का अनुप्रयोग
ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली में,फाइबर ऑप्टिकल एम्पलीफायरइसका उपयोग न केवल ट्रांसमिशन शक्ति बढ़ाने के लिए ट्रांसमीटर के पावर बूस्ट एम्पलीफायर के रूप में किया जा सकता है, बल्कि प्राप्त संवेदनशीलता में सुधार करने के लिए रिसीवर के प्रीएम्पलीफायर के रूप में भी किया जा सकता है, और ट्रांसमिशन दूरी का विस्तार करने और ऑल-ऑप्टिकल संचार का एहसास करने के लिए पारंपरिक ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल-ऑप्टिकल रिपीटर को भी प्रतिस्थापित कर सकता है।
ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में, संचरण दूरी को सीमित करने वाले मुख्य कारक ऑप्टिकल फाइबर की क्षति और फैलाव हैं। संकीर्ण-स्पेक्ट्रम प्रकाश स्रोत का उपयोग करते समय, या शून्य-फैलाव तरंगदैर्ध्य के निकट कार्य करते समय, फाइबर फैलाव का प्रभाव कम होता है। इस प्रणाली में प्रत्येक रिले स्टेशन पर पूर्ण सिग्नल टाइमिंग पुनर्जनन (3R रिले) करने की आवश्यकता नहीं होती है। ऑप्टिकल एम्पलीफायर (1R रिले) के साथ ऑप्टिकल सिग्नल को सीधे प्रवर्धित करना पर्याप्त है। ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का उपयोग न केवल लंबी दूरी के ट्रंक सिस्टम में, बल्कि ऑप्टिकल फाइबर वितरण नेटवर्क में भी किया जा सकता है, विशेष रूप से WDM सिस्टम में, एक साथ कई चैनलों को प्रवर्धित करने के लिए।
1) ट्रंक ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का अनुप्रयोग
चित्र 2 ट्रंक ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली में ऑप्टिकल एम्पलीफायर के अनुप्रयोग का एक योजनाबद्ध आरेख है। (a) चित्र दर्शाता है कि ऑप्टिकल एम्पलीफायर का उपयोग ट्रांसमीटर के पावर बूस्ट एम्पलीफायर और रिसीवर के प्री-एम्पलीफायर के रूप में किया जाता है ताकि गैर-रिले दूरी दोगुनी हो जाए। उदाहरण के लिए, EDFA को अपनाकर, सिस्टम ट्रांसमिशन 1.8Gb/s की दूरी 120 किमी से 250 किमी तक बढ़ जाती है या 400 किमी तक भी पहुँच जाती है। चित्र 2 (b)-(d) बहु-रिले प्रणालियों में ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का अनुप्रयोग है; चित्र (b) पारंपरिक 3R रिले मोड है; चित्र (c) 3R रिपीटर्स और ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का मिश्रित रिले मोड है; चित्र 2 (d) यह एक पूर्ण-ऑप्टिकल रिले मोड है; एक पूर्ण-ऑप्टिकल संचार प्रणाली में, इसमें टाइमिंग और पुनर्जनन सर्किट शामिल नहीं होते हैं, इसलिए यह बिट-पारदर्शी होता है, और इसमें कोई "इलेक्ट्रॉनिक बोतल व्हिस्कर" प्रतिबंध नहीं होता है। जब तक दोनों सिरों पर भेजने और प्राप्त करने वाले उपकरण को बदल दिया जाता है, तब तक निम्न दर से उच्च दर पर अपग्रेड करना आसान होता है, और ऑप्टिकल एम्पलीफायर को बदलने की आवश्यकता नहीं होती है।
2) ऑप्टिकल फाइबर वितरण नेटवर्क में ऑप्टिकल एम्पलीफायर का अनुप्रयोग
ऑप्टिकल एम्पलीफायरों (विशेष रूप से EDFA) के उच्च शक्ति आउटपुट लाभ ब्रॉडबैंड वितरण नेटवर्क (जैसे) में बहुत उपयोगी हैंसीएटीवीनेटवर्क)। पारंपरिक CATV नेटवर्क में समाक्षीय केबल का उपयोग किया जाता है, जिसे हर कुछ सौ मीटर पर प्रवर्धित करने की आवश्यकता होती है, और नेटवर्क की सेवा त्रिज्या लगभग 7 किमी होती है। ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का उपयोग करने वाला ऑप्टिकल फाइबर CATV नेटवर्क न केवल वितरित उपयोगकर्ताओं की संख्या में उल्लेखनीय वृद्धि कर सकता है, बल्कि नेटवर्क पथ का भी व्यापक विस्तार कर सकता है। हाल के विकासों से पता चला है कि ऑप्टिकल फाइबर/हाइब्रिड (HFC) का वितरण दोनों की खूबियों को आकर्षित करता है और इसमें मजबूत प्रतिस्पर्धात्मकता है।
चित्र 4, 35 टीवी चैनलों के AM-VSB मॉडुलन हेतु ऑप्टिकल फाइबर वितरण नेटवर्क का एक उदाहरण है। ट्रांसमीटर का प्रकाश स्रोत DFB-LD है जिसकी तरंगदैर्घ्य 1550nm और निर्गत शक्ति 3.3dBm है। 4-स्तरीय EDFA को विद्युत वितरण प्रवर्धक के रूप में उपयोग करने पर, इसकी इनपुट शक्ति लगभग -6dBm और निर्गत शक्ति लगभग 13dBm है। ऑप्टिकल रिसीवर की संवेदनशीलता -9.2dBm है। वितरण के 4 स्तरों के बाद, कुल उपयोगकर्ताओं की संख्या 4.2 मिलियन तक पहुँच गई है, और नेटवर्क पथ दसियों किलोमीटर से भी अधिक लंबा है। परीक्षण का भारित सिग्नल-टू-शोर अनुपात 45dB से अधिक था, और EDFA के कारण CSO में कोई कमी नहीं आई।
पोस्ट करने का समय: 23-अप्रैल-2023