१. चे वर्गीकरणFफायबरAॲम्प्लिफायर
ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरचे तीन मुख्य प्रकार आहेत:
(1) सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर (SOA, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर);
(2) दुर्लभ मृदा मूलद्रव्यांनी (अर्बियम Er, थुलियम Tm, प्रॅसिओडिमियम Pr, रुबिडियम Nd, इत्यादी) मिश्रित केलेले ऑप्टिकल फायबर ॲम्प्लिफायर, प्रामुख्याने अर्बियम-मिश्रित फायबर ॲम्प्लिफायर (ईडीएफए), तसेच थुलियम-डोपड फायबर ॲम्प्लिफायर (TDFA) आणि प्रॅसिओडिमियम-डोपड फायबर ॲम्प्लिफायर (PDFA), इत्यादी.
(3) नॉनलाइनर फायबर अॅम्प्लिफायर, प्रामुख्याने फायबर रमन अॅम्प्लिफायर (FRA, फायबर रमन अॅम्प्लिफायर). या ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायरच्या मुख्य कार्यक्षमतेची तुलना तक्त्यामध्ये दर्शविली आहे.
ईडीएफए (अर्बियम डोप्ड फायबर अॅम्प्लिफायर)
क्वार्ट्झ फायबरमध्ये दुर्मिळ मूलद्रव्ये (जसे की Nd, Er, Pr, Tm, इत्यादी) मिसळून एक बहु-स्तरीय लेझर प्रणाली तयार केली जाऊ शकते, आणि पंप प्रकाशाच्या क्रियेखाली इनपुट सिग्नल प्रकाशाचे थेट प्रवर्धन केले जाते. योग्य फीडबॅक दिल्यानंतर, एक फायबर लेझर तयार होतो. Nd-मिश्रित फायबर ॲम्प्लिफायरची कार्यरत तरंगलांबी 1060nm आणि 1330nm आहे, आणि फायबर ऑप्टिक कम्युनिकेशनच्या सर्वोत्तम सिंक पोर्टपासून होणारे विचलन व इतर कारणांमुळे त्याचा विकास आणि वापर मर्यादित आहे. EDFA आणि PDFA च्या कार्यरत तरंगलांबी अनुक्रमे ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशनच्या सर्वात कमी हानीच्या (1550nm) आणि शून्य प्रकीर्णन तरंगलांबीच्या (1300nm) कक्षेत येतात, आणि TDFA एस-बँडमध्ये कार्य करते, जे ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन प्रणालीच्या वापरासाठी अत्यंत योग्य आहेत. विशेषतः EDFA, ज्याचा विकास सर्वात वेगाने झाला आहे, ते आता व्यावहारिक झाले आहे.
PEDFA चे तत्त्व
EDFA ची मूलभूत रचना आकृती 1(a) मध्ये दर्शविली आहे, जी प्रामुख्याने सक्रिय माध्यम (सुमारे काही मीटर लांबीचा, 3-5 मायक्रॉन गाभ्याचा व्यास आणि (25-1000)x10-6 डोपिंग सांद्रता असलेला अर्बियम-मिश्रित सिलिका फायबर), पंप प्रकाश स्रोत (990 किंवा 1480nm LD), ऑप्टिकल कपलर आणि ऑप्टिकल आयसोलेटर यांनी बनलेली असते. सिग्नल प्रकाश आणि पंप प्रकाश अर्बियम फायबरमध्ये एकाच दिशेने (सहदिश पंपिंग), विरुद्ध दिशेने (उलट पंपिंग) किंवा दोन्ही दिशांनी (द्विदिश पंपिंग) प्रसारित होऊ शकतात. जेव्हा सिग्नल लाईट आणि पंप लाईट एकाच वेळी अर्बियम फायबरमध्ये सोडले जातात, तेव्हा पंप लाईटच्या प्रभावाखाली अर्बियम आयन उच्च ऊर्जा पातळीवर उत्तेजित होतात (आकृती १ (ब), एक त्रि-स्तरीय प्रणाली), आणि वेगाने मेटास्टेबल ऊर्जा पातळीवर क्षय पावतात. जेव्हा ते आपाती सिग्नल लाईटच्या प्रभावाखाली मूळ स्थितीत परत येतात, तेव्हा ते सिग्नल लाईटशी संबंधित फोटॉन उत्सर्जित करतात, ज्यामुळे सिग्नल प्रवर्धित होतो. आकृती १ (क) हे त्याचे प्रवर्धित उत्स्फूर्त उत्सर्जन (ASE) स्पेक्ट्रम आहे, ज्याची बँडविड्थ मोठी (२०-४०nm पर्यंत) असून त्यात अनुक्रमे १५३०nm आणि १५५०nm शी संबंधित दोन शिखरे आहेत.
EDFA चे मुख्य फायदे म्हणजे उच्च गेन, मोठी बँडविड्थ, उच्च आउटपुट पॉवर, उच्च पंप कार्यक्षमता, कमी इन्सर्शन लॉस आणि पोलरायझेशन स्थितीप्रती असंवेदनशीलता.
२. फायबर ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायरमधील समस्या
जरी ऑप्टिकल अँप्लिफायरचे (विशेषतः EDFA चे) अनेक उत्कृष्ट फायदे असले तरी, तो एक आदर्श अँप्लिफायर नाही. सिग्नलचा SNR कमी करणाऱ्या अतिरिक्त नॉईज व्यतिरिक्त, त्यात इतरही काही कमतरता आहेत, जसे की:
अँम्प्लिफायर बँडविड्थमधील गेन स्पेक्ट्रमची असमानता मल्टी-चॅनल अँम्प्लिफिकेशन कार्यक्षमतेवर परिणाम करते;
जेव्हा ऑप्टिकल अँम्प्लिफायर एकापाठोपाठ जोडले जातात, तेव्हा ASE नॉईज, फायबर डिस्पर्शन आणि नॉन-लिनियर इफेक्ट्स यांचे परिणाम एकत्रित होतात.
ॲप्लिकेशन आणि सिस्टम डिझाइनमध्ये या बाबींचा विचार केला पाहिजे.
३. ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टममध्ये ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायरचा वापर
ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये,फायबर ऑप्टिकल अॅम्प्लीफायरयाचा उपयोग केवळ ट्रान्समीटरची ट्रान्समिशन पॉवर वाढवण्यासाठी पॉवर बूस्ट अँप्लिफायर म्हणून नाही, तर रिसीव्हरची रिसीव्हिंग सेन्सिटिव्हिटी सुधारण्यासाठी प्रीअँप्लिफायर म्हणूनही केला जाऊ शकतो, आणि तसेच ट्रान्समिशन अंतर वाढवण्यासाठी आणि संपूर्ण-ऑप्टिकल कम्युनिकेशन साकार करण्यासाठी पारंपरिक ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिकल-ऑप्टिकल रिपीटरची जागा घेऊ शकतो.
ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये, प्रेषणाचे अंतर मर्यादित करणारे मुख्य घटक म्हणजे ऑप्टिकल फायबरमधील हानी (लॉस) आणि विकिरण (डिस्पर्शन). अरुंद-स्पेक्ट्रम प्रकाश स्रोताचा वापर केल्यास, किंवा शून्य-विकिरण तरंगलांबीजवळ काम केल्यास, फायबर विकिरणाचा प्रभाव कमी असतो. या प्रणालीला प्रत्येक रिले स्टेशनवर संपूर्ण सिग्नल टायमिंग पुनर्निर्मिती (3R रिले) करण्याची आवश्यकता नसते. ऑप्टिकल अँम्प्लिफायरद्वारे ऑप्टिकल सिग्नल थेट वाढवणे (1R रिले) पुरेसे असते. ऑप्टिकल अँम्प्लिफायरचा वापर केवळ लांब पल्ल्याच्या ट्रंक सिस्टीममध्येच नव्हे, तर ऑप्टिकल फायबर वितरण नेटवर्कमध्ये, विशेषतः WDM सिस्टीममध्ये, एकाच वेळी अनेक चॅनेल वाढवण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
१) ट्रंक ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायरचा वापर
आकृती २ ही ट्रंक ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये ऑप्टिकल अँप्लिफायरच्या वापराची एक योजनाबद्ध आकृती आहे. (अ) चित्रात दाखवले आहे की ऑप्टिकल अँप्लिफायरचा वापर ट्रान्समीटरचा पॉवर बूस्ट अँप्लिफायर आणि रिसीव्हरचा प्रीअँप्लिफायर म्हणून केला जातो, जेणेकरून नॉन-रिले अंतर दुप्पट होते. उदाहरणार्थ, EDFA चा अवलंब केल्यास, सिस्टीम ट्रान्समिशन १.८Gb/s चे अंतर १२० किमी वरून २५० किमी पर्यंत वाढते किंवा ४०० किमी पर्यंतही पोहोचते. आकृती २ (b)-(d) मध्ये मल्टी-रिले सिस्टीममध्ये ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरचा वापर दाखवला आहे; आकृती (b) ही पारंपरिक ३R रिले पद्धत आहे; आकृती (c) ही ३R रिपीटर आणि ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरची मिश्र रिले पद्धत आहे; आकृती २ (d) ही संपूर्ण-ऑप्टिकल रिले पद्धत आहे; संपूर्ण-ऑप्टिकल कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये, यात टायमिंग आणि रिजनरेशन सर्किट्सचा समावेश नसतो, त्यामुळे ते बिट-ट्रान्सपरंट असते आणि त्यात "इलेक्ट्रॉनिक बॉटल व्हिस्कर" चे बंधन नसते. जोपर्यंत दोन्ही टोकांवरील पाठवणारे आणि स्वीकारणारे उपकरण बदलले जाते, तोपर्यंत कमी दरावरून उच्च दरावर अपग्रेड करणे सोपे असते आणि ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर बदलण्याची आवश्यकता नसते.
२) ऑप्टिकल फायबर वितरण नेटवर्कमध्ये ऑप्टिकल अँप्लिफायरचा वापर
ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सचे (विशेषतः EDFA चे) उच्च पॉवर आउटपुटचे फायदे ब्रॉडबँड वितरण नेटवर्कमध्ये (जसे की) खूप उपयुक्त आहेत.कॅटव्हीपारंपारिक CATV नेटवर्कमध्ये कोॲक्सिअल केबलचा वापर केला जातो, ज्याला दर काहीशे मीटरवर प्रवर्धित करण्याची आवश्यकता असते आणि नेटवर्कची सेवा त्रिज्या सुमारे ७ किमी असते. ऑप्टिकल अँप्लिफायर वापरणारे ऑप्टिकल फायबर CATV नेटवर्क केवळ वितरित वापरकर्त्यांची संख्याच मोठ्या प्रमाणात वाढवत नाही, तर नेटवर्कचा मार्गही मोठ्या प्रमाणात विस्तारते. अलीकडील घडामोडींनी हे दाखवून दिले आहे की ऑप्टिकल फायबर/हायब्रीड (HFC) चे वितरण दोन्हीचे फायदे एकत्र करते आणि त्यात प्रबळ स्पर्धात्मकता आहे.
आकृती ४ हे टीव्हीच्या ३५ चॅनेलच्या AM-VSB मॉड्युलेशनसाठीच्या ऑप्टिकल फायबर वितरण नेटवर्कचे एक उदाहरण आहे. ट्रान्समीटरचा प्रकाश स्रोत DFB-LD असून त्याची तरंगलांबी १५५०nm आणि आउटपुट पॉवर ३.३dBm आहे. पॉवर डिस्ट्रिब्युशन अँप्लिफायर म्हणून ४-लेव्हल EDFA वापरल्यामुळे, त्याची इनपुट पॉवर सुमारे -६dBm आणि आउटपुट पॉवर सुमारे १३dBm आहे. ऑप्टिकल रिसीव्हरची संवेदनशीलता -९.२dBm आहे. ४ स्तरांच्या वितरणानंतर, वापरकर्त्यांची एकूण संख्या ४२ लाखांपर्यंत पोहोचली आहे आणि नेटवर्कचा मार्ग अनेक किलोमीटरपेक्षा जास्त आहे. चाचणीचे भारित सिग्नल-टू-नॉइज गुणोत्तर ४५dB पेक्षा जास्त होते आणि EDFA मुळे CSO मध्ये घट झाली नाही.
पोस्ट करण्याची वेळ: २३ एप्रिल २०२३