პრინციპი და გამოყენებაEDFA ერბიუმის დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებელი
ძირითადი სტრუქტურაEDFAერბიუმით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებელი, რომელიც ძირითადად შედგება აქტიური გარემოსგან (ათობით მეტრი სიგრძის დოპირებული კვარცის ბოჭკო, ბირთვის დიამეტრი 3-5 მიკრონი, დოპირების კონცენტრაცია (25-1000) x 10-6), ტუმბოს სინათლის წყაროსგან (990 ან 1480 ნმ LD), ოპტიკური შემაერთებლისა და ოპტიკური იზოლატორისგან. სიგნალის და ტუმბოს სინათლის გავრცელება ერბიუმის ბოჭკოში შესაძლებელია ერთი და იგივე მიმართულებით (თანატუმბო), საპირისპირო მიმართულებით (უკუტუმბო) ან ორივე მიმართულებით (ორმხრივი ტუმბო). როდესაც სიგნალის და ტუმბოს სინათლის ერთდროულად შეყვანა ხდება ერბიუმის ბოჭკოში, ერბიუმის იონი ტუმბოს სინათლის მოქმედებით აღიგზნება მაღალ ენერგიის დონემდე (სამდონიანი სისტემა) და მალევე იშლება მეტასტაბილურ დონემდე. როდესაც ის დაცემული სიგნალის სინათლის მოქმედებით უბრუნდება ძირითად მდგომარეობას, გამოიყოფა სიგნალის სინათლის შესაბამისი ფოტონი, რის შედეგადაც სიგნალი ძლიერდება. მის გაძლიერებულ სპონტანურ ემისიის (ASE) სპექტრს აქვს დიდი გამტარობა (20-40 ნმ-მდე) და აქვს ორი პიკი, რომლებიც შეესაბამება შესაბამისად 1530 ნმ-ს და 1550 ნმ-ს.
ძირითადი უპირატესობებიEDFA გამაძლიერებელიარის მაღალი გაძლიერება, დიდი გამტარობა, მაღალი გამომავალი სიმძლავრე, მაღალი ტუმბოს ეფექტურობა, დაბალი ჩასმის დანაკარგები და პოლარიზაციის მდგომარეობების მიმართ მგრძნობელობის არქონა.
ერბიუმის დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლის მუშაობის პრინციპი
ერბიუმის დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებელიEDFA ოპტიკური გამაძლიერებელი) ძირითადად შედგება ერბიუმით დოპირებული ბოჭკოსგან (დაახლოებით 10-30 მ სიგრძის) და ტუმბოს სინათლის წყაროსგან. მუშაობის პრინციპი ისაა, რომ ერბიუმით დოპირებული ბოჭკო ტუმბოს სინათლის წყაროს (ტალღის სიგრძე 980 ნმ ან 1480 ნმ) მოქმედებით წარმოქმნის სტიმულირებულ გამოსხივებას და გამოსხივებული სინათლე იცვლება შემავალი სინათლის სიგნალის ცვლილებასთან ერთად, რაც ექვივალენტურია შემავალი სინათლის სიგნალის გაძლიერებისა. შედეგები აჩვენებს, რომ ერბიუმით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლის გაძლიერება ჩვეულებრივ 15-40 დბ-ია და რელეს მანძილი შეიძლება გაიზარდოს 100 კმ-ზე მეტით. ამიტომ, ადამიანებს უჩნდებათ კითხვა: რატომ მოიფიქრეს მეცნიერებმა დოპირებული ერბიუმის გამოყენება ბოჭკოვან გამაძლიერებელში სინათლის ტალღების ინტენსივობის გასაზრდელად? ჩვენ ვიცით, რომ ერბიუმი იშვიათმიწა ელემენტია და იშვიათმიწა ელემენტებს აქვთ თავისი განსაკუთრებული სტრუქტურული მახასიათებლები. იშვიათმიწა ელემენტების დოპირება ოპტიკურ მოწყობილობებში დიდი ხანია გამოიყენება ოპტიკური მოწყობილობების მუშაობის გასაუმჯობესებლად, ამიტომ ეს შემთხვევითი ფაქტორი არ არის. გარდა ამისა, რატომ არის არჩეული ტუმბოს სინათლის წყაროს ტალღის სიგრძე 980 ნმ ან 1480 ნმ? სინამდვილეში, ტუმბოს სინათლის წყაროს ტალღის სიგრძე შეიძლება იყოს 520 ნმ, 650 ნმ, 980 ნმ და 1480 ნმ, თუმცა პრაქტიკამ დაამტკიცა, რომ 1480 ნმ ტუმბოს სინათლის წყაროს ლაზერის ტალღის სიგრძე ყველაზე მაღალია, შემდეგ მოდის 980 ნმ ტუმბოს სინათლის წყაროს ტალღის სიგრძე.
ფიზიკური სტრუქტურა
ერბიუმით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლის (EDFA ოპტიკური გამაძლიერებლის) ძირითადი სტრუქტურა. შესასვლელ და გამოსასვლელ ბოლოებში იზოლატორია, რომლის დანიშნულებაა ოპტიკური სიგნალის ცალმხრივი გადაცემა. ტუმბოს აგზნების ტალღის სიგრძეა 980 ნმ ან 1480 ნმ და გამოიყენება ენერგიის უზრუნველსაყოფად. შემაერთებლის ფუნქციაა შემავალი ოპტიკური სიგნალისა და ტუმბოს სინათლის ერბიუმით დოპირებულ ბოჭკოში შეერთება და ტუმბოს სინათლის ენერგიის ერბიუმით დოპირებული ბოჭკოს მოქმედებით შემავალი ოპტიკურ სიგნალზე გადაცემა, რათა შემავალი ოპტიკური სიგნალის ენერგიის გაძლიერება განხორციელდეს. უფრო მაღალი გამოსასვლელი ოპტიკური სიმძლავრისა და დაბალი ხმაურის ინდექსის მისაღებად, პრაქტიკაში გამოყენებული ერბიუმით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებელი იყენებს ორი ან მეტი ტუმბოს წყაროს სტრუქტურას შუაში იზოლატორებით, ერთმანეთის იზოლირებისთვის. უფრო ფართო და ბრტყელი გაძლიერების მრუდის მისაღებად, დამატებულია გაძლიერების გამაბრტყელებელი ფილტრი.
EDFA შედგება ხუთი ძირითადი ნაწილისგან: ერბიუმით დოპირებული ბოჭკო (EDF), ოპტიკური შემაერთებელი (WDM), ოპტიკური იზოლატორი (ISO), ოპტიკური ფილტრი და ტუმბოს წყარო. ხშირად გამოყენებული ტუმბოს წყაროებია 980 ნმ და 1480 ნმ, და ამ ორ ტუმბოს წყაროს აქვს უფრო მაღალი ტუმბოს ეფექტურობა და უფრო ხშირად გამოიყენება. 980 ნმ ტუმბოს სინათლის წყაროს ხმაურის კოეფიციენტი უფრო დაბალია; 1480 ნმ ტუმბოს სინათლის წყაროს აქვს უფრო მაღალი ტუმბოს ეფექტურობა და შეუძლია მიიღოს უფრო დიდი გამომავალი სიმძლავრე (დაახლოებით 3 დბ-ით მეტი, ვიდრე 980 ნმ ტუმბოს სინათლის წყაროს).
უპირატესობა
1. ოპერაციული ტალღის სიგრძე შეესაბამება ერთმოდიანი ბოჭკოს მინიმალურ შესუსტების ფანჯარას.
2. მაღალი შეერთების ეფექტურობა. რადგან ეს არის ბოჭკოვანი გამაძლიერებელი, მისი შეერთება გადამცემ ბოჭკოსთან მარტივია.
3. მაღალი ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობა. EDF-ის ბირთვი გადამცემი ბოჭკოს ბირთვზე პატარაა და სიგნალის სინათლე და ტუმბოს სინათლე EDF-ში ერთდროულად გადაიცემა, ამიტომ ოპტიკური სიმძლავრე ძალიან კონცენტრირებულია. ეს სინათლესა და გაძლიერების გარემოს Er იონს შორის ურთიერთქმედებას ძალიან სრულს ხდის, ერბიუმის დოპირებული ბოჭკოს შესაბამის სიგრძესთან ერთად, რის გამოც სინათლის ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობა მაღალია.
4. მაღალი გაძლიერება, დაბალი ხმაურის ინდექსი, დიდი გამომავალი სიმძლავრე, არხებს შორის დაბალი ჩარევები.
5. სტაბილური გაძლიერების მახასიათებლები: EDFA არ არის მგრძნობიარე ტემპერატურის მიმართ და გაძლიერების მაჩვენებელს პოლარიზაციასთან მცირე კორელაცია აქვს.
6. გაძლიერების ფუნქცია დამოუკიდებელია სისტემის ბიტური სიჩქარისა და მონაცემთა ფორმატისგან.
ნაკლოვანება
1. არაწრფივი ეფექტი: EDFA აძლიერებს ოპტიკურ სიმძლავრეს ბოჭკოში შეყვანილი ოპტიკური სიმძლავრის გაზრდით, მაგრამ რაც უფრო დიდია, მით უკეთესი. როდესაც ოპტიკური სიმძლავრე გარკვეულწილად იზრდება, წარმოიქმნება ოპტიკური ბოჭკოს არაწრფივი ეფექტი. ამიტომ, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი გამაძლიერებლების გამოყენებისას ყურადღება უნდა მიექცეს ერთარხიანი შემომავალი ბოჭკოვანი ოპტიკური სიმძლავრის კონტროლის მნიშვნელობას.
2. გაძლიერების ტალღის სიგრძის დიაპაზონი ფიქსირებულია: C-დიაპაზონის EDFA-ს სამუშაო ტალღის სიგრძის დიაპაზონია 1530 ნმ~1561 ნმ; L-დიაპაზონის EDFA-ს სამუშაო ტალღის სიგრძის დიაპაზონია 1565 ნმ~1625 ნმ.
3. არათანაბარი გამაძლიერებლის გამტარობა: EDFA ერბიუმით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლის გამაძლიერებლის გამტარობა ძალიან ფართოა, მაგრამ თავად EDF-ის გამაძლიერებლის სპექტრი არ არის ბრტყელი. WDM სისტემაში გამაძლიერებლის გასასწორებლად საჭიროა გამაძლიერებლის გაბრტყელების ფილტრის გამოყენება.
4. სინათლის ტალღის პრობლემა: როდესაც სინათლის გზა ნორმალურია, ტუმბოს ნათურით აღგზნებული ერბიუმის იონები სიგნალის ნათურით გაიტაცება, რითაც სიგნალის ნათურის გაძლიერება სრულდება. თუ შემავალი ნათურა შემცირებულია, რადგან მეტასტაბილური ერბიუმის იონები აგრძელებენ დაგროვებას, სიგნალის ნათურის შემავალი სიგნალის აღდგენის შემდეგ ენერგია გადახტება, რაც სინათლის ტალღას გამოიწვევს.
5. ოპტიკური ტალღის პრობლემის გადაჭრის გზაა EDFA-ში ავტომატური ოპტიკური სიმძლავრის შემცირების (APR) ან ავტომატური ოპტიკური გამორთვის (APSD) ფუნქციის რეალიზება, ანუ EDFA ავტომატურად ამცირებს სიმძლავრეს ან ავტომატურად თიშავს სიმძლავრეს, როდესაც შემავალი სინათლე არ არის, რითაც თრგუნავს ტალღის ფენომენის წარმოქმნას.
აპლიკაციის რეჟიმი
1. გამაძლიერებელი გამაძლიერებელი გამოიყენება გამაძლიერებელი ტალღის შემდეგ მრავალი ტალღის სიგრძის სიგნალის სიმძლავრის გასაძლიერებლად და შემდეგ მათი გადასაცემად. რადგან გამაძლიერებელი ტალღის შემდეგ სიგნალის სიმძლავრე, როგორც წესი, დიდია, სიმძლავრის გამაძლიერებლის ხმაურის ინდექსი და გაძლიერება არც ისე მაღალია. მას აქვს შედარებით დიდი გამომავალი სიმძლავრე.
2. ხაზის გამაძლიერებელი, სიმძლავრის გამაძლიერებლის შემდეგ, გამოიყენება ხაზის გადაცემის დანაკარგის პერიოდულად კომპენსირებისთვის, რაც ზოგადად მოითხოვს შედარებით მცირე ხმაურის ინდექსს და დიდ გამოსავალ ოპტიკურ სიმძლავრეს.
3. წინასწარი გამაძლიერებელი: გამყოფამდე და ხაზის გამაძლიერებლის შემდეგ, იგი გამოიყენება სიგნალის გასაძლიერებლად და მიმღების მგრძნობელობის გასაუმჯობესებლად (იმ შემთხვევაში, თუ ოპტიკური სიგნალი-ხმაურის თანაფარდობა (OSNR) აკმაყოფილებს მოთხოვნებს, უფრო დიდი შემავალი სიმძლავრე ახშობს თავად მიმღების ხმაურს და აუმჯობესებს მიმღების მგრძნობელობას) და ხმაურის ინდექსი ძალიან მცირეა. გამომავალ სიმძლავრეზე დიდი მოთხოვნა არ არსებობს.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 17 მარტი