การเปรียบเทียบเครื่องขยายสัญญาณแสงชนิดต่าง ๆ
เครื่องขยายเสียงเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับเครือข่ายการสื่อสารด้วยแสง โดยไม่จำเป็นต้องแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าก่อนแอมพลิฟายเออร์แบบออปติคัลตอนนี้ถูกใช้แทนการทำซ้ำ อย่างที่เราทราบมีแอมพลิฟายเออร์ออพติคอลหลายประเภท เทคโนโลยีแอมพลิฟายเออร์หลักคือแอมพลิฟายเออร์ใยแก้วนำแสง (เช่น EDFA), แอมป์เซมิคอนดักเตอร์ออปติคัล (SOA) และแอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์รามาน วันนี้เรากำลังจะศึกษาและเปรียบเทียบออปติคัลแอมพลิฟายเออร์ชนิดต่าง ๆ ในบทความนี้
ก่อนที่จะเปรียบเทียบแอมพลิฟายเออร์ออพติคอลชนิดต่าง ๆ ลองดูที่แอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์ออปติกอย่างละเอียด โดยทั่วไป repeater จะมีตัวรับและตัวส่งสัญญาณที่รวมกันในแพ็คเกจเดียว เครื่องรับจะแปลงพลังงานแสงที่ได้รับเป็นพลังงานไฟฟ้า เอาท์พุทไฟฟ้าของผู้รับไดรฟ์นำเข้าไฟฟ้าของเครื่องส่งสัญญาณ เอาต์พุตออปติคัลของเครื่องส่งสัญญาณแสดงถึงรุ่นที่ขยายของสัญญาณอินพุตออปติคัลพร้อมสัญญาณรบกวน ผู้ทำซ้ำไม่สามารถใช้งานได้กับเครือข่ายใยแก้วนำแสงซึ่งเครื่องส่งสัญญาณจำนวนมากส่งสัญญาณไปยังเครื่องรับจำนวนมากในอัตราบิตที่ต่างกันและในรูปแบบที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตามแตกต่างจาก repeater, เครื่องขยายเสียงแสงขยายสัญญาณแสงโดยตรงโดยไม่ต้องเปลี่ยนแสงไฟฟ้าและไฟฟ้า นอกจากนี้แอมพลิฟายเออร์ออพติคอลที่ดีที่สุดยังสามารถรองรับการทำงานแบบหลายช่องสัญญาณในช่วงคลื่นที่กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ให้อัตราขยายคงที่ในช่วงไดนามิกเกจขนาดใหญ่มีกำลังขับอิ่มตัวสูงเสียงรบกวนต่ำและการปราบปรามชั่วคราวที่มีประสิทธิภาพ ประโยชน์หลายประการของแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลดังต่อไปนี้:
สนับสนุนอัตราบิตและรูปแบบสัญญาณใด ๆ
สนับสนุนพื้นที่ทั้งหมดของความยาวคลื่น
เพิ่มความสามารถของลิงค์ไฟเบอร์ออปติกโดยใช้ WDM
มอบความสามารถของเครือข่ายออพติคอลทั้งหมดไม่ใช่แค่การเชื่อมโยงแบบจุดต่อจุด
ตกลงหลังจากแนะนำสั้น ๆ ของเครื่องขยายเสียงเราเริ่มหัวข้อหลักอย่างเป็นทางการของวันนี้ ตามที่เราพูดไปข้างต้นมีสามประเภทหลักของเทคโนโลยีเครื่องขยายเสียงในปัจจุบันคือ แต่ละคนมีหลักการทำงานคุณสมบัติและแอปพลิเคชันของตนเอง เราจะอธิบายพวกเขาทีละคนในวรรคต่อไปนี้
แอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์แบบเจือ (ตัวแทนทั่วไป: EDFA)
แอมพลิไฟเออร์เสริมไฟเบอร์ (EDFA) เป็นแอมพลิฟายเออร์ใยแก้วนำแสงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายส่วนใหญ่ทำจาก Erbium-doped ไฟเบอร์ (EDF), แหล่งกำเนิดแสงปั๊ม, couplers ออปติคอล, แยกแสง, ตัวกรองแสงและส่วนประกอบอื่น ๆ ในหมู่พวกเขาร่องรอยไม่บริสุทธิ์ในรูปแบบของเออร์เบียมอิออนจะถูกแทรกเข้าไปในแกนซิลิกาของใยแก้วนำแสงเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติทางแสงของมันและอนุญาตให้ขยายสัญญาณ
หลักการทำงาน
หลักการทำงานของ EDFA คือการใช้แหล่งกำเนิดแสงของปั๊มซึ่งส่วนใหญ่มักมีความยาวคลื่นประมาณ 980 nm และบางครั้งประมาณ 1450 nm ทำให้ erbium ions (Er3 +) เข้าสู่สถานะ 4I13 / 2 (ในกรณีของ 980-nm สูบน้ำผ่าน 4I11 / 2) ซึ่งพวกเขาสามารถขยายแสงในพื้นที่ความยาวคลื่น 1.5 μmผ่านการกระตุ้นแบบปล่อยกลับสู่พื้นดินนานา 4I15 / 2
ข้อดี & ข้อเสียของ EDFA
ข้อดี
EDFA มีการใช้พลังงานปั๊มสูง (> 50%)
ขยายช่วงคลื่นกว้างแบบกว้างและโดยตรง (> 80nm) ในภูมิภาค 1550nm ด้วยอัตราขยายค่อนข้างคงที่
สามารถปรับปรุงความเรียบได้โดยใช้ฟิลเตอร์ออปติคอลที่แบนราบ
รับเกินกว่า 50 เดซิเบล
เสียงรบกวนต่ำเหมาะสำหรับการใช้งานระยะไกล
ข้อเสีย
ขนาดของ EDFA ไม่เล็ก
ไม่สามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์กึ่งตัวนำอื่น ๆ
เครื่องขยายแสงเซมิคอนดักเตอร์ (SOA)
เครื่องขยายเสียงแสงกึ่งตัวนำเป็นเครื่องขยายเสียงชนิดหนึ่งซึ่งใช้เซมิคอนดักเตอร์เพื่อให้ได้รับสื่อ พวกมันมีโครงสร้างคล้ายกับเลเซอร์ไดโอด Fabry – Perot แต่มีองค์ประกอบการออกแบบป้องกันการสะท้อนแสงที่ปลายใบหน้า ต่างจากแอมพลิฟายเออร์แบบออพติคอลอื่น ๆ SOAs จะถูกสูบด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ (เช่นโดยตรงผ่านกระแสไฟฟ้าที่ใช้) และไม่จำเป็นต้องใช้เลเซอร์ปั๊มแยกต่างหาก
หลักการทำงาน
1. กระตุ้นการปล่อยเพื่อขยายสัญญาณแสง
2. ภูมิภาคที่ใช้งานของเซมิคอนดักเตอร์
3. การฉีดกระแสเพื่อปั๊มอิเล็กตรอนที่วงนำ
4. สัญญาณอินพุตกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนลงไปที่วงวาเลนซ์เพื่อรับสัญญาณขยาย
ข้อดี & ข้อเสียของ SOA
ข้อดี
เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์มีขนาดเล็กและสูบด้วยไฟฟ้า
มันอาจมีราคาไม่แพงกว่า EDFA และสามารถรวมเข้ากับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ตัวปรับเปลี่ยน ฯลฯ
การดำเนินการที่ไม่เป็นเชิงเส้นทั้งสี่ประเภท (การปรับครอสเกน, การมอดูเลตข้ามเฟส, การแปลงความยาวคลื่นและการผสมคลื่นทั้งสี่) สามารถเกิดขึ้นได้
SOA สามารถทำงานด้วยเลเซอร์พลังงานต่ำ สิ่งนี้มีต้นกำเนิดมาจาก nanosecond สั้นหรืออายุขัยที่ต่ำกว่าดังนั้นอัตราการตอบสนองจะเปลี่ยนไปอย่างรวดเร็วของปั๊มหรือพลังงานสัญญาณและการเปลี่ยนแปลงของอัตราขยายก็ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสซึ่งสามารถบิดเบือนสัญญาณได้
ข้อเสีย
ประสิทธิภาพของ SOA ยังคงไม่สามารถเทียบเคียงได้กับ EDFA SOA มีสัญญาณรบกวนสูงขึ้น, อัตราขยายลดลง, การพึ่งพาโพลาไรซ์ในระดับปานกลางและความไม่เชิงเส้นสูงด้วยเวลาที่รวดเร็ว
เครื่องขยายเสียงไฟเบอร์รามัน (FRA)
ไฟเบอร์รามันแอมป์ (FRA) เป็นแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลที่ค่อนข้างสมบูรณ์ ใน FRA สัญญาณแสงจะถูกขยายเนื่องจากการกระจาย Raman กระตุ้น (SRS) โดยทั่วไป FRA สามารถแบ่งออกเป็นประเภท lumped เรียกว่า LRA และประเภทกระจายเรียกว่า DRA สื่อที่ได้รับไฟเบอร์ของอดีตนั้นโดยทั่วไปจะอยู่ภายใน 10 กม. นอกจากนี้ยังต้องใช้กำลังปั๊มที่สูงขึ้นโดยทั่วไปจะใช้กำลังไฟเพียงไม่กี่วัตต์ถึงหนึ่งโหลซึ่งสามารถสร้าง 40 dB หรือสูงกว่ากำไร ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อขยายวงสัญญาณแสงที่ EDFA ไม่สามารถตอบสนองได้ ไฟเบอร์ที่ได้รับจาก DRA นั้นมักจะยาวกว่า LRA โดยทั่วไปนานหลายสิบกิโลเมตรในขณะที่แหล่งพลังงานของเครื่องสูบน้ำลดลงไปจนถึงหลายร้อยเมกะวัตต์ ส่วนใหญ่จะใช้ในระบบการสื่อสาร DWDM, เสริม EDFA เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ, ยับยั้งผลไม่เชิงเส้น, ลดอุบัติการณ์ของสัญญาณพลังงาน, การปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนและขยายออนไลน์
หลักการทำงาน
หลักการของ FRA นั้นขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ Stimulated Raman Scattering (SRS) อัตราขยายปานกลางเป็นไฟเบอร์ออปติกที่ไม่ได้แยก กำลังถูกถ่ายโอนไปยังสัญญาณออปติคอลโดยกระบวนการออปติคัลแบบไม่เชิงเส้นที่เรียกว่าเอฟเฟกต์รามาน โฟตอนของเหตุการณ์สร้างความตื่นเต้นให้อิเล็กตรอนไปสู่สถานะเสมือนจริงและการปล่อยก๊าซที่ถูกกระตุ้นจะเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอน de-excites ลงสู่สถานะสั่นสะเทือนของโมเลกุลแก้ว Stokes shift นั้นสอดคล้องกับ eigen-energy ของ phonon ประมาณ 13.2 THz สำหรับเส้นใยนำแสงทั้งหมด
ข้อดี & ข้อเสียของ FRA
ข้อดี
สามารถขยายความยาวคลื่นแปรผันได้
เข้ากันได้กับเส้นใย SM ที่ติดตั้ง
สามารถใช้เพื่อขยาย EDFAs
สามารถส่งผลให้กำลังเฉลี่ยต่ำกว่าช่วงหนึ่งซึ่งดีสำหรับ crosstalk ที่ต่ำกว่า
การดำเนินการบรอดแบนด์มากอาจเป็นไปได้
ข้อเสีย
ความต้องการพลังงานปั๊มสูงเลเซอร์กำลังสูงของปั๊มมาถึงเมื่อเร็ว ๆ นี้
จำเป็นต้องมีการควบคุมที่ซับซ้อน
เสียงรบกวนก็เป็นปัญหาเช่นกัน
สรุป
หลังจากพูดคุยเกี่ยวกับแอมพลิฟายเออร์ออพติคอลทั้งสามชนิดนี้เราทำการเปรียบเทียบพวกมันเป็นตารางต่อไปนี้
