1. वर्गीकरणFआइबरAप्रवर्धक
ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के तीन मुख्य प्रकार हैं:
(1) सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (एसओए, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर);
(2) दुर्लभ मृदा तत्वों (एर्बियम एर, थ्यूलियम टीएम, प्रेजोडियम पीआर, रुबिडियम एनडी, आदि) से डोप किए गए ऑप्टिकल फाइबर एम्पलीफायर, मुख्य रूप से एर्बियम-डोप किए गए फाइबर एम्पलीफायर (ईडीएफए), साथ ही थ्यूलियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर (टीडीएफए) और प्रेजोडियमियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर (पीडीएफए), आदि।
(3) नॉनलाइनियर फाइबर एम्पलीफायर, मुख्य रूप से फाइबर रमन एम्पलीफायर (FRA, फाइबर रमन एम्पलीफायर)। इन ऑप्टिकल एम्पलीफायरों की मुख्य प्रदर्शन तुलना तालिका में दिखाई 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 लाइट की कार्रवाई के तहत इनपुट सिग्नल लाइट को सीधे बढ़ाया जाता है। उचित प्रतिक्रिया प्रदान करने के बाद, एक फाइबर लेजर बनता है। एनडी-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर का कामकाजी तरंग दैर्ध्य 1060nm और 1330nm है, और इसका विकास और अनुप्रयोग फाइबर ऑप्टिक संचार के सर्वश्रेष्ठ सिंक पोर्ट से विचलन और अन्य कारणों से सीमित है। EDFA और PDFA के ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य क्रमशः ऑप्टिकल फाइबर संचार के सबसे कम नुकसान (1550nm) और शून्य फैलाव तरंग दैर्ध्य (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 विकास, व्यावहारिक रहा है।
PEDFA का सिद्धांत
EDFA की मूल संरचना चित्र 1(a) में दिखाई गई है, जो मुख्य रूप से एक सक्रिय माध्यम (एर्बियम-डोप्ड सिलिका फाइबर लगभग दसियों मीटर लंबा, 3-5 माइक्रोन के कोर व्यास और (25-1000) x10-6 की डोपिंग सांद्रता के साथ), पंप प्रकाश स्रोत (990 या 1480nm LD), ऑप्टिकल कपलर और ऑप्टिकल आइसोलेटर से बना है। सिग्नल लाइट और पंप लाइट एर्बियम फाइबर में एक ही दिशा (कोडायरेक्शनल पंपिंग), विपरीत दिशाओं (रिवर्स पंपिंग) या दोनों दिशाओं (द्विदिशात्मक पंपिंग) में फैल सकती है। जब सिग्नल लाइट और पंप लाइट को एक ही समय में एर्बियम फाइबर में इंजेक्ट किया जाता है, तो पंप लाइट (चित्र 1 (बी), एक तीन-स्तरीय प्रणाली) की कार्रवाई के तहत एर्बियम आयन एक उच्च ऊर्जा स्तर तक उत्तेजित होते हैं, और जल्दी से मेटास्टेबल ऊर्जा स्तर तक क्षय हो जाते हैं, जब यह घटना सिग्नल लाइट की कार्रवाई के तहत जमीनी स्थिति में लौटता है, तो यह सिग्नल लाइट के अनुरूप फोटॉन उत्सर्जित करता है, जिससे सिग्नल प्रवर्धित होता है। चित्र 1 (सी) एक बड़े बैंडविड्थ (20-40nm तक) और क्रमशः 1530nm और 1550nm के अनुरूप दो चोटियों के साथ इसका प्रवर्धित सहज उत्सर्जन (ASE) स्पेक्ट्रम है।
ईडीएफए के मुख्य लाभ हैं उच्च लाभ, बड़ी बैंडविड्थ, उच्च आउटपुट शक्ति, उच्च पंप दक्षता, कम सम्मिलन हानि, और ध्रुवीकरण स्थिति के प्रति असंवेदनशीलता।
2. फाइबर ऑप्टिकल एम्पलीफायरों की समस्याएं
हालाँकि ऑप्टिकल एम्पलीफायर (विशेष रूप से EDFA) के कई बेहतरीन फायदे हैं, लेकिन 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 बहु-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 डिज़ाइन 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 संचरण शक्ति को बढ़ाने के लिए ट्रांसमीटर के पावर बूस्ट एम्पलीफायर के रूप में किया जा सकता है, बल्कि प्राप्ति संवेदनशीलता में सुधार करने के लिए रिसीवर के प्रीएम्पलीफायर के रूप में भी किया जा सकता है, और यह पारंपरिक ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल-ऑप्टिकल रिपीटर को भी प्रतिस्थापित कर सकता है, जिससे संचरण दूरी का विस्तार हो सके और सभी-ऑप्टिकल संचार का एहसास हो सके।
ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में, संचरण दूरी को सीमित करने वाले मुख्य कारक ऑप्टिकल फाइबर का नुकसान और फैलाव हैं। संकीर्ण-स्पेक्ट्रम प्रकाश स्रोत का उपयोग करना, या शून्य-फैलाव तरंगदैर्ध्य के पास काम करना, फाइबर फैलाव का प्रभाव छोटा है। इस प्रणाली को प्रत्येक रिले स्टेशन पर पूर्ण सिग्नल टाइमिंग पुनर्जनन (3R रिले) करने की आवश्यकता नहीं है। ऑप्टिकल एम्पलीफायर (1R रिले) के साथ ऑप्टिकल सिग्नल को सीधे बढ़ाना पर्याप्त है। ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का उपयोग न केवल लंबी दूरी की ट्रंक प्रणालियों में किया जा सकता है, बल्कि ऑप्टिकल फाइबर वितरण नेटवर्क में भी किया जा सकता है, विशेष रूप से WDM प्रणालियों में, एक साथ कई चैनलों को बढ़ाने 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। (ए) चित्र दिखाता है कि ऑप्टिकल एम्पलीफायर का उपयोग ट्रांसमीटर के पावर बूस्ट एम्पलीफायर और रिसीवर के प्रीएम्पलीफायर के रूप में किया जाता है ताकि गैर-रिले दूरी दोगुनी हो जाए। उदाहरण के लिए, EDFA को अपनाते हुए, सिस्टम ट्रांसमिशन 1.8Gb/s की दूरी 120 किमी से बढ़कर 250 किमी या यहां तक कि 400 किमी तक पहुंच जाती है। चित्र 2 (बी)-(डी) बहु-रिले सिस्टम में ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का अनुप्रयोग है; चित्र (बी) पारंपरिक 3 आर रिले मोड है; चित्र (सी) 3 आर रिपीटर्स और ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का मिश्रित रिले मोड है; चित्र 2 (डी) यह एक ऑल-ऑप्टिकल रिले मोड है; एक ऑल-ऑप्टिकल संचार प्रणाली में, इसमें टाइमिंग और रीजनरेशन सर्किट शामिल नहीं होते हैं, इसलिए यह बिट-पारदर्शी है, और कोई "इलेक्ट्रॉनिक बोतल व्हिस्कर" प्रतिबंध नहीं है। जब तक दोनों सिरों पर भेजने और प्राप्त करने वाले उपकरण को बदल दिया जाता है, तब तक कम 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 समाक्षीय केबल को अपनाता है, जिसे हर कई सौ मीटर पर प्रवर्धित करने की आवश्यकता होती है, और नेटवर्क की सेवा त्रिज्या लगभग 7 किमी है। ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का उपयोग करने वाले ऑप्टिकल फाइबर CATV नेटवर्क न केवल वितरित उपयोगकर्ताओं की संख्या में काफी वृद्धि कर सकते हैं, बल्कि नेटवर्क पथ का भी काफी विस्तार कर सकते हैं। हाल के विकासों से पता चला है कि ऑप्टिकल फाइबर/हाइब्रिड (HFC) का वितरण दोनों की ताकत को आकर्षित करता है और इसमें मजबूत प्रतिस्पर्धात्मकता है।
चित्र 4 टीवी के 35 चैनलों के AM-VSB मॉड्यूलेशन के लिए ऑप्टिकल फाइबर वितरण नेटवर्क का एक उदाहरण है। ट्रांसमीटर का प्रकाश स्रोत DFB-LD है जिसकी तरंग दैर्ध्य 1550nm और आउटपुट पावर 3.3dBm है। पावर डिस्ट्रीब्यूशन एम्पलीफायर के रूप में 4-लेवल EDFA का उपयोग करते हुए, इसकी इनपुट पावर लगभग -6dBm है, और इसकी आउटपुट पावर लगभग 13dBm है। ऑप्टिकल रिसीवर संवेदनशीलता -9.2d Bm। वितरण के 4 स्तरों के बाद, उपयोगकर्ताओं की कुल संख्या 4.2 मिलियन तक पहुँच गई है, और नेटवर्क पथ दसियों किलोमीटर से अधिक है। परीक्षण का भारित संकेत-से-शोर अनुपात 45dB से अधिक था, और EDFA ने CSO में कमी नहीं की।
पोस्ट करने का समय: अप्रैल-23-2023