1. का वर्गीकरणFइबरAएम्पलीफायर
ऑप्टिकल एम्पलीफायर मुख्य रूप से तीन प्रकार के होते हैं:
(1) सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (एसओए, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर);
(2) दुर्लभ पृथ्वी तत्वों (एर्बियम Er, थूलियम Tm, प्रेज़ियोडाइमियम Pr, रुबिडियम Nd, आदि) से डोप किए गए ऑप्टिकल फाइबर एम्पलीफायर, मुख्य रूप से एर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर (ईडीएफए), साथ ही थूलियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर (टीडीएफए) और प्रेज़ियोडाइमियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर (पीडीएफए), आदि।
(3) नॉन-लीनियर फाइबर एम्पलीफायर, मुख्य रूप से फाइबर रमन एम्पलीफायर (FRA, फाइबर रमन एम्पलीफायर)। इन ऑप्टिकल एम्पलीफायरों की मुख्य प्रदर्शन तुलना तालिका में दर्शाई गई है।
ईडीएफए (एर्बियम डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर)
क्वार्ट्ज फाइबर को दुर्लभ पृथ्वी तत्वों (जैसे Nd, Er, Pr, Tm, आदि) से डोप करके एक बहु-स्तरीय लेजर प्रणाली बनाई जा सकती है, और इनपुट सिग्नल प्रकाश पंप प्रकाश की क्रिया के तहत सीधे प्रवर्धित होता है। उपयुक्त फीडबैक प्रदान करने के बाद, एक फाइबर लेजर बनता है। Nd-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर की कार्यशील तरंगदैर्ध्य 1060nm और 1330nm है, लेकिन फाइबर ऑप्टिक संचार के सर्वोत्तम सिंक पोर्ट से विचलन और अन्य कारणों से इसका विकास और अनुप्रयोग सीमित है। EDFA और PDFA की परिचालन तरंगदैर्ध्य क्रमशः ऑप्टिकल फाइबर संचार की न्यूनतम हानि (1550nm) और शून्य फैलाव तरंगदैर्ध्य (1300nm) के दायरे में आती हैं, जबकि TDFA S-बैंड में संचालित होता है, जो ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयुक्त हैं। विशेष रूप से EDFA, जिसका सबसे तेजी से विकास हुआ है, व्यावहारिक रूप से उपलब्ध है।
Pईडीएफए का सिद्धांत
ईडीएफए की मूल संरचना चित्र 1(a) में दर्शाई गई है, जो मुख्य रूप से एक सक्रिय माध्यम (लगभग दसियों मीटर लंबी एर्बियम-मिश्रित सिलिका फाइबर, जिसका कोर व्यास 3-5 माइक्रोन और डोपिंग सांद्रता (25-1000)x10⁻⁶ है), पंप प्रकाश स्रोत (990 या 1480 एनएम एलडी), ऑप्टिकल कपलर और ऑप्टिकल आइसोलेटर से बनी होती है। सिग्नल प्रकाश और पंप प्रकाश एर्बियम फाइबर में एक ही दिशा में (सहदिशात्मक पंपिंग), विपरीत दिशाओं में (रिवर्स पंपिंग) या दोनों दिशाओं में (द्विदिशात्मक पंपिंग) प्रसारित हो सकते हैं। जब सिग्नल लाइट और पंप लाइट को एक ही समय में एर्बियम फाइबर में प्रविष्ट किया जाता है, तो पंप लाइट की क्रिया से एर्बियम आयन उच्च ऊर्जा स्तर पर उत्तेजित हो जाते हैं (चित्र 1 (b), एक त्रिस्तरीय प्रणाली), और तेजी से मेटास्टेबल ऊर्जा स्तर पर क्षय हो जाते हैं। आपतित सिग्नल लाइट की क्रिया से जब यह ग्राउंड स्टेट में लौटता है, तो यह सिग्नल लाइट के अनुरूप फोटॉन उत्सर्जित करता है, जिससे सिग्नल प्रवर्धित होता है। चित्र 1 (c) इसका प्रवर्धित स्वतः उत्सर्जन (ASE) स्पेक्ट्रम है जिसमें एक बड़ी बैंडविड्थ (20-40nm तक) और क्रमशः 1530nm और 1550nm के अनुरूप दो शिखर हैं।
ईडीएफए के मुख्य लाभ उच्च लाभ, बड़ी बैंडविड्थ, उच्च आउटपुट पावर, उच्च पंप दक्षता, कम सम्मिलन हानि और ध्रुवीकरण स्थिति के प्रति असंवेदनशीलता हैं।
2. फाइबर ऑप्टिकल एम्पलीफायरों से संबंधित समस्याएं
हालांकि ऑप्टिकल एम्पलीफायर (विशेष रूप से EDFA) के कई उत्कृष्ट फायदे हैं, फिर भी यह एक आदर्श एम्पलीफायर नहीं है। सिग्नल के SNR को कम करने वाले अतिरिक्त शोर के अलावा, इसमें कुछ अन्य कमियां भी हैं, जैसे:
- एम्पलीफायर बैंडविड्थ के भीतर गेन स्पेक्ट्रम की असमानता मल्टी-चैनल एम्प्लीफिकेशन प्रदर्शन को प्रभावित करती है;
- जब ऑप्टिकल एम्पलीफायरों को एक के बाद एक जोड़ा जाता है, तो एएसई शोर, फाइबर फैलाव और गैर-रेखीय प्रभावों का असर जमा हो जाता है।
एप्लिकेशन 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 ट्रांसमीटर के पावर बूस्ट एम्पलीफायर के रूप में ट्रांसमिशन पावर को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है, बल्कि रिसीवर के प्रीएम्पलीफायर के रूप में रिसीविंग सेंसिटिविटी को बेहतर बनाने के लिए भी किया जा सकता है, और यह पारंपरिक ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल-ऑप्टिकल रिपीटर को भी प्रतिस्थापित कर सकता है, जिससे ट्रांसमिशन दूरी को बढ़ाया जा सके और ऑल-ऑप्टिकल संचार को साकार किया जा सके।
ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में, संचरण दूरी को सीमित करने वाले मुख्य कारक ऑप्टिकल फाइबर की हानि और फैलाव हैं। संकीर्ण स्पेक्ट्रम वाले प्रकाश स्रोत का उपयोग करके, या शून्य फैलाव तरंगदैर्ध्य के निकट कार्य करके, फाइबर फैलाव का प्रभाव कम हो जाता है। इस प्रणाली में प्रत्येक रिले स्टेशन पर पूर्ण सिग्नल टाइमिंग पुनर्जनन (3R रिले) करने की आवश्यकता नहीं होती है। ऑप्टिकल सिग्नल को सीधे ऑप्टिकल एम्पलीफायर (1R रिले) से प्रवर्धित करना ही पर्याप्त है। ऑप्टिकल एम्पलीफायर का उपयोग न केवल लंबी दूरी की ट्रंक प्रणालियों में किया जा सकता है, बल्कि ऑप्टिकल फाइबर वितरण नेटवर्क, विशेष रूप से WDM प्रणालियों में, एक साथ कई चैनलों को प्रवर्धित करने के लिए भी किया जा सकता है।
1) ट्रंक ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का अनुप्रयोग
चित्र 2 ट्रंक ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली में ऑप्टिकल एम्पलीफायर के अनुप्रयोग का योजनाबद्ध आरेख है। (a) चित्र दर्शाता है कि ऑप्टिकल एम्पलीफायर का उपयोग ट्रांसमीटर के पावर बूस्ट एम्पलीफायर और रिसीवर के प्रीएम्पलीफायर के रूप में किया जाता है, जिससे नॉन-रिले दूरी दोगुनी हो जाती है। उदाहरण के लिए, EDFA को अपनाकर, सिस्टम ट्रांसमिशन 1.8 Gb/s की दूरी 120 किमी से बढ़कर 250 किमी या यहाँ तक कि 400 किमी तक भी पहुँच जाती है। चित्र 2 (b)-(d) मल्टी-रिले सिस्टम में ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के अनुप्रयोग को दर्शाता है; चित्र (b) पारंपरिक 3R रिले मोड है; चित्र (c) 3R रिपीटर और ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का मिश्रित रिले मोड है; चित्र 2 (d) 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 इसमें "इलेक्ट्रॉनिक बॉटल व्हिस्कर" की कोई बाधा नहीं है। जब तक दोनों सिरों पर भेजने और प्राप्त करने वाले उपकरण को बदला जाता है, कम दर से उच्च दर में 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 उत्पादन लाभ ब्रॉडबैंड वितरण नेटवर्क (जैसे कि) में बहुत उपयोगी होते हैं।सीएटीवी(पारंपरिक CATV नेटवर्क) समाक्षीय केबल का उपयोग करता है, जिसे हर कुछ सौ मीटर पर प्रवर्धित करने की आवश्यकता होती है, और नेटवर्क का सेवा दायरा लगभग 7 किमी होता है। ऑप्टिकल प्रवर्धन का उपयोग करने वाला ऑप्टिकल फाइबर CATV नेटवर्क न केवल वितरित उपयोगकर्ताओं की संख्या में काफी वृद्धि कर सकता है, बल्कि नेटवर्क पथ को भी काफी विस्तारित कर सकता है। हाल के विकास ने दिखाया है कि ऑप्टिकल फाइबर/हाइब्रिड (HFC) वितरण दोनों की खूबियों को समेटे हुए 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 1550nm तरंगदैर्ध्य और 3.3dBm आउटपुट पावर वाला DFB-LD है। 4-स्तरीय EDFA को पावर वितरण एम्पलीफायर के रूप में उपयोग करने पर, इसकी इनपुट पावर लगभग -6dBm और आउटपुट पावर लगभग 13dBm है। ऑप्टिकल रिसीवर की संवेदनशीलता -9.2dBm है। 4 स्तरों के वितरण के बाद, उपयोगकर्ताओं की कुल संख्या 42 लाख तक पहुँच गई है और नेटवर्क पथ दसियों किलोमीटर से अधिक लंबा है। परीक्षण का भारित सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात 45dB से अधिक था और EDFA के कारण CSO में कोई कमी नहीं आई।
पोस्ट करने का समय: 23 अप्रैल 2023