المكونات البصرية المتقدمة - مضخم ليفي مخدر بالإربيوم (EDFA)
تتطلب العديد من تطبيقات الألياف الضوئية ، مثل أنظمة DWDM طويلة المدى ، تضخيم الإشارة الضوئية. في الماضي ، استلزم ذلك استخدام مكررات إلكترونية باهظة الثمن عند نقاط وسيطة كل 100 كم. تستخدم أنظمة DWDM طويلة المدى الحديثة اليوم العديد من المكونات البصرية المتقدمة لاستبدال أجهزة التكرار المتعددة بجهاز بصري واحد. هذه الأجهزة البصرية التي تسمى مكبرات الصوت الضوئية ، التي كانت مجرد فضول في المختبر ، ترى الآن استخدامًا واسع النطاق في عمليات النشر الميدانية. أحد مضخمات الصوت الأكثر شيوعًا هو مضخم الألياف الإربيوم المخدر (EDFA).
طور الباحثون EDFA لتحل محل العديد من أجهزة الإرسال الإلكترونية مع عدد أقل من أجهزة الإرسال الضوئية ، مما يقلل بشكل عام من تكلفة النظام وتعقيده. تسمح EDFAs أيضًا بإجراء ترقيات بسيطة للنظام عن طريق إضافة مصادر إضافية إلى أطوال موجية مختلفة ودمجها في ألياف واحدة باستخدام مُضاعِف DWDM.
مخدر الألياف المستخدمة في EDFA مع الإربيوم ، وهو عنصر الأرض النادرة التي لديها مستويات الطاقة المناسبة في هيكلها الذري لتضخيم الضوء في 1550 نانومتر. يعمل الليزر "المضخ" البالغ طوله 980 نانومتر أو 1480 نانومتر على ضخ الطاقة في ألياف الإربيوم المخدرة. عندما تدخل إشارة ضعيفة عند 1550 نانومتر إلى الألياف ، يحفز الضوء ذرات الإربيوم على إطلاق الطاقة المخزنة كضوء إضافي يبلغ 1550 نانومتر. تستمر هذه العملية حيث تنتقل الإشارة إلى الألياف ، وتزداد قوةً وأقوى حتى تصل إلى المنطقة المخدرة بالإربيوم.
يوضح الشكل أدناه EDFA على مرحلتين مع رصيف منتصف المرحلة ، وهو عنصر مهم في أنظمة الألياف البصرية عالية الأداء. في هذه الحالة ، يتم تجميع مجموعتين بسيطتين من EDFAs على مرحلة واحدة. يتلقى المستخدم إخراج المرحلة الأولى من EDFA ومدخلات المرحلة الثانية من EDFA. غالبًا ما تتطلب هذه الأنظمة الاستخدام الدوري لعناصر إضافية ، مثل ألياف تعويض التشتت (DCF) ، من أجل تقليل التشتت الكلي. فقدان الإدراج عالية بمقدار 10 ديسيبل أو أكثر يجعل DCF إشكالية. يؤدي وضع DCF عند نقطة الوصول في منتصف المرحلة من EDFA على مرحلتين إلى تقليل الآثار الضارة على النظام. لا يزال المستخدم يحقق مكسبًا كبيرًا من خلال EDFA ، حتى مع وجود قطعة الفقد البصري العالية في DCF.
في الشكل ، يمر الإدخال البصري أولاً من خلال المعزل البصري رقم 1 ، والذي يسمح onlu بتمرير الضوء من اليسار إلى اليمين. بعد ذلك يمر الضوء عبر WDM # 1. يوفر WDM # 1 وسيلة لحقن طول موجة مضخة 980 نانومتر في الطول الأول من الألياف المخدرة بالإربيوم. يسمح WDM # 1 أيضًا اقتران إشارة الإدخال البصري في الألياف المنشطة بالإربيوم بأقل خسارة بصرية.
تضخ طاقة 980 نانومتر ذرات الإربيوم في حالة متحللة ببطء. عندما ينتقل الضوء في النطاق 1550 نانومتر عبر الألياف المشبعة بالإربيوم ، والتي عادة ما يبلغ طولها عشرات الأمتار ، فإنها تتسبب في انبعاث الإشعاع المحفز ، مثل الليزر. بهذه الطريقة ، تكتسب إشارة الإدخال البصري 1550 نانومتر قوة. ينتقل إخراج الألياف المشبعة بالإربيوم عبر المعزل البصري رقم 2 ، والذي يصبح متاحًا للمستخدم. عادةً ما تتصل نقطة الوصول في منتصف المرحلة بجهاز تعويض التشتت. ينتقل الضوء بعد ذلك عبر المعزل رقم 3 و WDM # 2. يعمل الأزواج WDM # 2 على توليد طاقة تبلغ 1480 نانومتر من ليزر ثاني مضخ إلى الطرف الآخر من الطول الثاني للألياف المخدرة بالإربيوم ، مما يؤدي إلى زيادة الكسب وإنتاج الطاقة. أخيرًا ، ينتقل الضوء عبر المعزل رقم 4.
يتجنب EDFAs معظم المكونات النشطة لأن الفوتونات تضخّم الإشارة. يوفر EDFA طاقة إخراج عالية ، تتطلب مضخمات صوت أقل في تصميم نظام معين. تضيء مضخمات تصميم EDFA الأساسية على نطاق ضيق إلى حد ما: 12 نانومتر. يمكن أن تؤدي إضافة مرشحات معادلة الكسب إلى زيادة النطاق إلى أكثر من 25 نانومتر. الألياف المخدرة الغريبة الأخرى تزيد من نطاق التضخيم إلى 40 نانومتر أو أكثر. علاوة على ذلك ، فإن استقلالية معدل البيانات في EDFAs تعني أن ترقية النظام تتطلب تغيير محطات الإطلاق والاستقبال فقط.
يجعل أداء EDFA الموثوق به مفيدًا في أنظمة الاتصالات بالألياف البصرية ذات معدلات نقل البيانات المرتفعة وبأنظمة توصيل CATV. في تطبيقات CATV ، تعزز EDFAs الإشارة قبل وبعد التقسيم البصري لتضخيم إشارة الانقسام لنقلها عبر عدة ألياف. عرض تفاصيل المنتج مكبر للصوت CATV هنا. بشكل عام ، توجد أربعة تطبيقات رئيسية للمضخمات الضوئية: مضخمات الطاقة / الداعم ، مضخم الطاقة المباشر ، مضخمات ما قبل المضاعفات أو الخسائر للشبكات البصرية.
