1. വർഗ്ഗീകരണംFഐബർAmplifiers
മൂന്ന് പ്രധാന തരം ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകൾ ഉണ്ട്:
(1) അർദ്ധചാലക ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയർ (SOA, അർദ്ധചാലക ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയർ);
(2) അപൂർവ ഭൂമി മൂലകങ്ങൾ (erbium Er, thulium Tm, praseodymium Pr, റുബിഡിയം Nd മുതലായവ) ഉപയോഗിച്ച് ഡോപ് ചെയ്ത ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറുകൾ, പ്രധാനമായും എർബിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറുകൾ (EDFA), അതുപോലെ തുലിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറുകൾ (TDFA), പ്രസോഡൈമിയം-ഡോപ്പഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറുകൾ (PDFA) മുതലായവ.
(3) നോൺലീനിയർ ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറുകൾ, പ്രധാനമായും ഫൈബർ രാമൻ ആംപ്ലിഫയറുകൾ (FRA, ഫൈബർ രാമൻ ആംപ്ലിഫയർ).ഈ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകളുടെ പ്രധാന പ്രകടന താരതമ്യം പട്ടികയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു
EDFA (എർബിയം ഡോപ്ഡ് ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയർ)
ക്വാർട്സ് ഫൈബർ അപൂർവ എർത്ത് മൂലകങ്ങൾ (Nd, Er, Pr, Tm മുതലായവ) ഉപയോഗിച്ച് ഡോപ്പ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെ ഒരു മൾട്ടി-ലെവൽ ലേസർ സിസ്റ്റം രൂപീകരിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ പമ്പ് ലൈറ്റിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ ഇൻപുട്ട് സിഗ്നൽ ലൈറ്റ് നേരിട്ട് വർദ്ധിപ്പിക്കും.ഉചിതമായ ഫീഡ്ബാക്ക് നൽകിയ ശേഷം, ഒരു ഫൈബർ ലേസർ രൂപപ്പെടുന്നു.Nd-doped ഫൈബർ ആംപ്ലിഫയറിൻ്റെ പ്രവർത്തന തരംഗദൈർഘ്യം 1060nm ഉം 1330nm ഉം ആണ്, കൂടാതെ ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ്റെ മികച്ച സിങ്ക് പോർട്ടിൽ നിന്നുള്ള വ്യതിയാനവും മറ്റ് കാരണങ്ങളും കാരണം അതിൻ്റെ വികസനവും പ്രയോഗവും പരിമിതമാണ്.ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ നഷ്ടവും (1550nm) സീറോ ഡിസ്പർഷൻ തരംഗദൈർഘ്യവും (1300nm) യഥാക്രമം EDFA, PDFA എന്നിവയുടെ പ്രവർത്തന തരംഗദൈർഘ്യം, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റം ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് വളരെ അനുയോജ്യമായ എസ്-ബാൻഡിലാണ് TDFA പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. .പ്രത്യേകിച്ച് EDFA, ഏറ്റവും ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനം, പ്രായോഗികമാണ്.
ദിPEDFA യുടെ തത്വം
EDFA യുടെ അടിസ്ഥാന ഘടന ചിത്രം 1(a) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് പ്രധാനമായും സജീവമായ ഒരു മാധ്യമം (ഏകദേശം പതിനായിരക്കണക്കിന് മീറ്റർ നീളമുള്ള എർബിയം-ഡോപ്പ് ചെയ്ത സിലിക്ക ഫൈബർ, 3-5 മൈക്രോൺ കോർ വ്യാസവും (25) ഡോപ്പിംഗ് സാന്ദ്രതയും ഉള്ളതാണ്. -1000)x10-6), പമ്പ് ലൈറ്റ് സോഴ്സ് (990 അല്ലെങ്കിൽ 1480nm LD), ഒപ്റ്റിക്കൽ കപ്ലറും ഒപ്റ്റിക്കൽ ഐസൊലേറ്ററും.സിഗ്നൽ ലൈറ്റിനും പമ്പ് ലൈറ്റിനും എർബിയം ഫൈബറിൽ ഒരേ ദിശയിൽ (കോഡയറക്ഷണൽ പമ്പിംഗ്), വിപരീത ദിശകളിലോ (റിവേഴ്സ് പമ്പിംഗ്) അല്ലെങ്കിൽ രണ്ട് ദിശകളിലോ (ബൈഡയറക്ഷണൽ പമ്പിംഗ്) പ്രചരിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.സിഗ്നൽ ലൈറ്റും പമ്പ് ലൈറ്റും ഒരേ സമയം എർബിയം ഫൈബറിലേക്ക് കുത്തിവയ്ക്കുമ്പോൾ, പമ്പ് ലൈറ്റിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിന് കീഴിൽ എർബിയം അയോണുകൾ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ നിലയിലേക്ക് ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു (ചിത്രം 1 (ബി), മൂന്ന്-ലെവൽ സിസ്റ്റം), മെറ്റാസ്റ്റബിൾ എനർജി ലെവലിലേക്ക് പെട്ടെന്ന് ക്ഷയിക്കുകയും, സിഗ്നൽ ലൈറ്റിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിന് കീഴിൽ അത് ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റിലേക്ക് മടങ്ങുമ്പോൾ, സിഗ്നൽ ലൈറ്റിന് അനുയോജ്യമായ ഫോട്ടോണുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കുകയും അങ്ങനെ സിഗ്നൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.ചിത്രം 1 (c) എന്നത് യഥാക്രമം 1530nm, 1550nm എന്നിവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട വലിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും (20-40nm വരെ) രണ്ട് കൊടുമുടികളുമുള്ള അതിൻ്റെ ആംപ്ലിഫൈഡ് സ്‌പോണ്ടേനിയസ് എമിഷൻ (ASE) സ്പെക്‌ട്രമാണ്.
ഉയർന്ന നേട്ടം, വലിയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, ഉയർന്ന ഔട്ട്പുട്ട് പവർ, ഉയർന്ന പമ്പ് കാര്യക്ഷമത, കുറഞ്ഞ ഇൻസെർഷൻ നഷ്ടം, ധ്രുവീകരണ അവസ്ഥയോടുള്ള സംവേദനക്ഷമത എന്നിവയാണ് EDFA യുടെ പ്രധാന നേട്ടങ്ങൾ.
2. ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകളിലെ പ്രശ്നങ്ങൾ
ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറിന് (പ്രത്യേകിച്ച് EDFA) നിരവധി മികച്ച ഗുണങ്ങളുണ്ടെങ്കിലും, അത് അനുയോജ്യമായ ഒരു ആംപ്ലിഫയർ അല്ല.സിഗ്നലിൻ്റെ എസ്എൻആർ കുറയ്ക്കുന്ന അധിക ശബ്‌ദത്തിന് പുറമേ, മറ്റ് ചില പോരായ്മകളും ഉണ്ട്:
- ആംപ്ലിഫയർ ബാൻഡ്‌വിഡ്‌ത്തിലെ ഗെയിൻ സ്പെക്‌ട്രത്തിൻ്റെ അസമത്വം മൾട്ടി-ചാനൽ ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ പ്രകടനത്തെ ബാധിക്കുന്നു;
- ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകൾ കാസ്കേഡ് ചെയ്യുമ്പോൾ, എഎസ്ഇ നോയിസ്, ഫൈബർ ഡിസ്പർഷൻ, നോൺ ലീനിയർ ഇഫക്റ്റുകൾ എന്നിവയുടെ ഫലങ്ങൾ ശേഖരിക്കപ്പെടും.
ആപ്ലിക്കേഷനിലും സിസ്റ്റം ഡിസൈനിലും ഈ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഗണിക്കണം.
3. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റത്തിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറിൻ്റെ പ്രയോഗം
ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റത്തിൽ, ദിഫൈബർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയർട്രാൻസ്മിഷൻ പവർ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ട്രാൻസ്മിറ്ററിൻ്റെ പവർ ബൂസ്റ്റ് ആംപ്ലിഫയറായി മാത്രമല്ല, സ്വീകരിക്കുന്ന സെൻസിറ്റിവിറ്റി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് റിസീവറിൻ്റെ പ്രീ ആംപ്ലിഫയറായും ഉപയോഗിക്കാം, കൂടാതെ ട്രാൻസ്മിഷൻ നീട്ടുന്നതിന് പരമ്പരാഗത ഒപ്റ്റിക്കൽ-ഇലക്ട്രിക്കൽ-ഒപ്റ്റിക്കൽ റിപ്പീറ്റർ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാനും കഴിയും. ദൂരവും എല്ലാ-ഒപ്റ്റിക്കൽ ആശയവിനിമയവും തിരിച്ചറിയുക.
ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ, പ്രക്ഷേപണ ദൂരത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്ന പ്രധാന ഘടകങ്ങൾ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറിൻ്റെ നഷ്ടവും വ്യാപനവുമാണ്.ഒരു ഇടുങ്ങിയ-സ്പെക്ട്രം പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് ഉപയോഗിച്ചോ, അല്ലെങ്കിൽ സീറോ-ഡിസ്പർഷൻ തരംഗദൈർഘ്യത്തിന് സമീപം പ്രവർത്തിക്കുമ്പോഴോ, ഫൈബർ ഡിസ്പർഷൻ്റെ സ്വാധീനം ചെറുതാണ്.ഈ സിസ്റ്റത്തിന് ഓരോ റിലേ സ്റ്റേഷനിലും സമ്പൂർണ്ണ സിഗ്നൽ ടൈമിംഗ് റീജനറേഷൻ (3R റിലേ) നടത്തേണ്ടതില്ല.ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയർ (1R റിലേ) ഉപയോഗിച്ച് ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നൽ നേരിട്ട് വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ഇത് മതിയാകും.ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകൾ ദീർഘദൂര ട്രങ്ക് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ മാത്രമല്ല, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ നെറ്റ്‌വർക്കുകളിലും, പ്രത്യേകിച്ച് ഡബ്ല്യുഡിഎം സിസ്റ്റങ്ങളിൽ, ഒന്നിലധികം ചാനലുകൾ ഒരേസമയം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാം.
1) ട്രങ്ക് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകളുടെ പ്രയോഗം
ട്രങ്ക് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റത്തിലെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറിൻ്റെ പ്രയോഗത്തിൻ്റെ ഒരു സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രമാണ് ചിത്രം 2.(എ) ട്രാൻസ്മിറ്ററിൻ്റെ പവർ ബൂസ്റ്റ് ആംപ്ലിഫയറായും റിസീവറിൻ്റെ പ്രീ ആംപ്ലിഫയറായും ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയർ ഉപയോഗിക്കുന്നതായി ചിത്രം കാണിക്കുന്നു, അങ്ങനെ നോൺ-റിലേ ദൂരം ഇരട്ടിയാകുന്നു.ഉദാഹരണത്തിന്, സിസ്റ്റം ട്രാൻസ്മിഷൻ ആയ EDFA സ്വീകരിക്കുന്നു 1.8Gb/s ദൂരം 120km ൽ നിന്ന് 250km ആയി വർദ്ധിക്കുന്നു അല്ലെങ്കിൽ 400km വരെ എത്തുന്നു.ചിത്രം 2 (ബി)-(ഡി) എന്നത് മൾട്ടി-റിലേ സിസ്റ്റങ്ങളിലെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകളുടെ പ്രയോഗമാണ്;ചിത്രം (ബി) പരമ്പരാഗത 3R റിലേ മോഡ് ആണ്;ചിത്രം (സി) എന്നത് 3R റിപ്പീറ്ററുകളുടെയും ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകളുടെയും മിക്സഡ് റിലേ മോഡാണ്;ചിത്രം 2 (d) ഇതൊരു ഓൾ-ഒപ്റ്റിക്കൽ റിലേ മോഡാണ്;ഒരു ഓൾ-ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റത്തിൽ, ടൈമിംഗും റീജനറേഷൻ സർക്യൂട്ടുകളും ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നില്ല, അതിനാൽ ഇത് ബിറ്റ്-സുതാര്യമാണ്, കൂടാതെ "ഇലക്‌ട്രോണിക് ബോട്ടിൽ വിസ്‌കർ" നിയന്ത്രണവുമില്ല.രണ്ട് അറ്റത്തും അയയ്‌ക്കുന്നതും സ്വീകരിക്കുന്നതുമായ ഉപകരണങ്ങൾ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നിടത്തോളം, കുറഞ്ഞ നിരക്കിൽ നിന്ന് ഉയർന്ന നിരക്കിലേക്ക് അപ്‌ഗ്രേഡ് ചെയ്യുന്നത് എളുപ്പമാണ്, കൂടാതെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയർ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കേണ്ടതില്ല.
2) ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ നെറ്റ്‌വർക്കിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറിൻ്റെ പ്രയോഗം
ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകളുടെ (പ്രത്യേകിച്ച് EDFA) ഉയർന്ന പവർ ഔട്ട്പുട്ട് ഗുണങ്ങൾ ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് വിതരണ ശൃംഖലകളിൽ (ഉദാ.CATVനെറ്റ്‌വർക്കുകൾ).പരമ്പരാഗത CATV നെറ്റ്‌വർക്ക് കോക്‌സിയൽ കേബിൾ സ്വീകരിക്കുന്നു, ഇത് ഓരോ നൂറുകണക്കിന് മീറ്ററിലും വർദ്ധിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്, കൂടാതെ നെറ്റ്‌വർക്കിൻ്റെ സേവന ദൂരം ഏകദേശം 7 കിലോമീറ്ററാണ്.ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫയറുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ CATV നെറ്റ്‌വർക്ക് വിതരണം ചെയ്ത ഉപയോക്താക്കളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിപ്പിക്കുക മാത്രമല്ല, നെറ്റ്‌വർക്ക് പാതയെ വളരെയധികം വികസിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും.ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ/ഹൈബ്രിഡ് (എച്ച്എഫ്‌സി) വിതരണത്തിന് രണ്ടിൻ്റെയും ശക്തിയും ശക്തമായ മത്സരക്ഷമതയും ഉണ്ടെന്ന് സമീപകാല സംഭവവികാസങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.
ടിവിയുടെ 35 ചാനലുകളുടെ AM-VSB മോഡുലേഷനായുള്ള ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ വിതരണ ശൃംഖലയുടെ ഒരു ഉദാഹരണമാണ് ചിത്രം 4.ട്രാൻസ്മിറ്ററിൻ്റെ പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് 1550nm തരംഗദൈർഘ്യവും 3.3dBm ഔട്ട്പുട്ട് പവറുമുള്ള DFB-LD ആണ്.ഒരു പവർ ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ ആംപ്ലിഫയറായി 4-ലെവൽ EDFA ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതിൻ്റെ ഇൻപുട്ട് പവർ ഏകദേശം -6dBm ആണ്, അതിൻ്റെ ഔട്ട്പുട്ട് പവർ ഏകദേശം 13dBm ആണ്.ഒപ്റ്റിക്കൽ റിസീവർ സെൻസിറ്റിവിറ്റി -9.2d Bm.വിതരണത്തിൻ്റെ 4 തലങ്ങൾക്ക് ശേഷം, മൊത്തം ഉപയോക്താക്കളുടെ എണ്ണം 4.2 ദശലക്ഷത്തിലെത്തി, നെറ്റ്‌വർക്ക് പാത പതിനായിരത്തിലധികം കിലോമീറ്ററാണ്.പരിശോധനയുടെ വെയ്റ്റഡ് സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം 45dB-ൽ കൂടുതലായിരുന്നു, കൂടാതെ EDFA CSO-യിൽ കുറവുണ്ടാക്കിയില്ല.
പോസ്റ്റ് സമയം: ഏപ്രിൽ-23-2023