مقارنة بين أنواع مختلفة من مكبرات الصوت
مكبر للصوت البصري هو تقنية مهمة لشبكات الاتصالات البصرية. دون الحاجة إلى تحويلها أولاً إلى إشارة كهربائية ، يتم استخدام المكبرات الضوئية الآن بدلاً من المكررات. كما نعلم ، هناك عدة أنواع من المكبرات البصرية. فيما بينها ، تقنيات مكبر للصوت الرئيسية هي مضخم الألياف Doped (على سبيل المثال ، EDFA) ، مكبر للصوت البصري أشباه الموصلات (SOA) ومضخم الألياف رامان. اليوم ، سنقوم بدراسة ومقارنة أنواع مختلفة من مكبرات الصوت البصرية في هذه الورقة.
قبل مقارنة أنواع مختلفة من مكبرات الصوت البصرية ، دعونا نلقي نظرة فاحصة على مكبر للصوت الألياف البصرية. بشكل عام ، يشتمل المكرر على مستقبل وجهاز إرسال مدمجين في حزمة واحدة. يحول المستقبل الطاقة الضوئية الواردة إلى طاقة كهربائية. الإخراج الكهربائي من المتلقي يدفع المدخلات الكهربائية من جهاز الإرسال. يمثل الإخراج البصري للمرسل نسخة مضخمة من إشارة الدخل البصرية بالإضافة إلى الضوضاء. لا تعمل أجهزة التكرار في شبكات الألياف الضوئية ، حيث يرسل العديد من أجهزة الإرسال إشارات إلى العديد من أجهزة الاستقبال بمعدلات بت مختلفة وبتنسيقات مختلفة. ومع ذلك ، على عكس المكرر ، يضخّم مكبر للصوت البصري الإشارة الضوئية مباشرة دون تحويل بصري كهربائي وكهربائي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمكبر البصري المثالي أن يدعم التشغيل متعدد القنوات على أوسع نطاق ممكن من نطاق الطول الموجي ، ويوفر ربحًا مسطحًا على مدى ربح ديناميكي كبير ، ولديه طاقة خرج عالية مشبعة ، وضوضاء منخفضة ، وقمع عابر فعال. فوائد عدة من مكبرات الصوت البصرية على النحو التالي:
دعم أي معدل بت وتنسيق إشارة
دعم المنطقة بأكملها من الأطوال الموجية
زيادة سعة روابط الألياف الضوئية باستخدام WDM
توفير قدرة جميع الشبكات البصرية ، وليس فقط وصلات من نقطة إلى نقطة
حسنًا ، بعد مقدمة مختصرة عن المكبرات البصرية ، نبدأ رسميًا في موضوع اليوم. كما نتحدث أعلاه ، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من تكنولوجيا مكبر للصوت اليوم. كل واحد منهم لديه مبدأ العمل والميزات والتطبيقات الخاصة بهم. سنقوم بوصفهم واحدًا تلو الآخر في الفقرات التالية.
مضخم ألياف مخدر (الممثل النموذجي: EDFA)
مضخم ألياف الإربيوم المخدر (EDFA) هو مضخمات الألياف الضوئية الأكثر استخدامًا ، وهي مصنوعة أساسًا من ألياف الإربيوم المخدرة (EDF) ومصدر ضوء المضخة والمقرنات البصرية والعوازل البصرية والمرشحات الضوئية والمكونات الأخرى. فيما بينها ، يتم إدراج شوائب ضئيلة في شكل إربيوم ثلاثي التكافؤ في قلب السليكا بالليف البصري لتغيير خصائصها البصرية والسماح بتضخيم الإشارة.
مبدأ العمل
مبدأ العمل من EDFA هو استخدام مصادر ضوء المضخة ، التي لها في الغالب طول موجي حوالي 980 نانومتر وأحيانًا حوالي 1450 نانومتر ، تثير أيونات الإربيوم (Er3 +) في حالة 4I13 / 2 (في حالة 980 نانومتر ضخ عبر 4I11 / 2) ، حيث يمكنهم تضخيم الضوء في منطقة الطول الموجي 1.5 ميكرون عبر الانبعاث المحفزة مرة أخرى إلى مشعب الحالة الأرضية 4I15 / 2.
مزايا وعيوب EDFA
مزايا
EDFA لديه استخدام طاقة المضخة عالية (> 50 ٪)
تضخيمًا مباشرًا وفي وقت واحد نطاقًا واسعًا الطول الموجي (> 80 نانومتر) في منطقة 1550 نانومتر ، مع ربح ثابت نسبيًا
يمكن تحسين التسطيح بواسطة المرشحات الضوئية التي تعمل على زيادة الكسب
كسب أكثر من 50 ديسيبل
انخفاض مستوى الضوضاء مناسبة للتطبيقات لمسافات طويلة
سلبيات
حجم EDFA ليست صغيرة
لا يمكن أن تكون متكاملة مع deviecs أشباه الموصلات الأخرى
مضخم بصري لأشباه الموصلات (الخدمية)
مكبر للصوت البصري لأشباه الموصلات هو أحد أنواع المكبرات البصرية التي تستخدم أشباه الموصلات لتوفير وسيلة كسب. لديهم هيكل مشابه لثنائيات ليزر Fabry-Perot ولكن مع عناصر تصميم مضادة للانعكاس عند الوجوه النهائية. على عكس مكبرات الصوت الضوئية الأخرى يتم ضخ الخدمية إلكترونياً (أي مباشرة عبر تيار مطبق) ، ولا يلزم وجود ليزر مضخة منفصل.
مبدأ العمل
1. حفز الانبعاثات لتضخيم إشارة بصرية.
2. منطقة نشطة من أشباه الموصلات.
3. الحقن الحالي لضخ الإلكترونات في شريط التوصيل.
4. إشارة الإدخال تحفز انتقال الإلكترونات وصولاً إلى شريط التكافؤ للحصول على تضخيم.
مزايا وعيوب الخدمية
مزايا
مكبر للصوت البصري لأشباه الموصلات صغير الحجم ويتم ضخه كهربائيًا.
يمكن أن تكون أقل تكلفة من EDFA ويمكن دمجها مع أشباه الموصلات الليزر ، المغير ، الخ
يمكن تشغيل جميع الأنواع الأربعة من العمليات غير الخطية (تعديل الكسب المتقاطع ، تعديل الطور المتقاطع ، تحويل الطول الموجي وخلط الموجات الأربعة).
يمكن تشغيل الخدمية باستخدام ليزر منخفض الطاقة. ينشأ هذا من فترة النانوسيكن القصيرة أو العمر الافتراضي للحالة العليا ، بحيث يتفاعل الكسب بسرعة مع تغيرات المضخة أو قوة الإشارة وتغيير الكسب يؤدي أيضًا إلى تغيرات الطور التي يمكن أن تشوه الإشارات.
سلبيات
أداء الخدمية لا يزال غير قابل للمقارنة مع EDFA. تتمتع الخدمية بضوضاء أعلى وكسب أقل واعتماد معتدل على الاستقطاب وعدم خطية عالية مع وقت عابر سريع.
مكبر للصوت رامان الألياف (FRA)
الألياف رامان مكبر للصوت (FRA) هو أيضا مكبر للصوت البصري ناضجة نسبيا. في FRA ، يتم تضخيم الإشارة البصرية بسبب تشتت رامان حفز (SRS). بشكل عام ، يمكن تقسيم FRA إلى نوع مقطوع يسمى LRA ونوع موزع يسمى DRA. وسائط كسب الألياف في السابق عادة ما تكون في حدود 10 كم. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يتطلب طاقة مضخة أعلى ، بشكل عام في بضع إلى عشرات واط التي يمكن أن تنتج 40 ديسيبل أو حتى أكثر من المكاسب. يستخدم بشكل رئيسي لتضخيم نطاق الإشارة الضوئية التي لا يمكن لـ EDFA إشباعها. عادةً ما تكون وسائط كسب الألياف في DRA أطول من LRA ، عمومًا لعشرات الكيلومترات بينما تنخفض طاقة مصدر المضخة إلى مئات ميغاوات. يستخدم بشكل رئيسي في نظام الاتصالات DWDM ، المساعدة EDFA لتحسين أداء النظام ، وتثبيط التأثير غير الخطي ، وتقليل حدوث طاقة الإشارة ، وتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتضخيم عبر الإنترنت.
مبدأ العمل
يعتمد مبدأ FRA على تأثير تشتت رامان المحفز (SRS). كسب المتوسطة هو الألياف الضوئية غير مفتوحة. يتم نقل الطاقة إلى الإشارة الضوئية بواسطة عملية بصرية غير خطية تُعرف باسم تأثير رامان. يثير الفوتون العرضي إلكترونًا إلى الحالة الافتراضية ويحدث الانبعاث المحفّز عندما يتحول الإلكترون عن الإثارة إلى الحالة الذبذبة لجزيء الزجاج. التحول Stokes المقابلة للطاقة eigen للطاقة فونون هو حوالي 13.2 THz لجميع الألياف الضوئية.
مزايا وعيوب FRA
مزايا
تضخيم الطول الموجي متغير ممكن
متوافق مع الألياف SM المثبتة
يمكن استخدامها لتوسيع EDFAs
يمكن أن يؤدي إلى انخفاض متوسط الطاقة على مدى ، وهو أمر جيد لتحدث الحديث المتبادل
قد تكون عملية النطاق العريض للغاية ممكنة
سلبيات
متطلبات الطاقة العالية للمضخة ، وصلت طاقة الليزر عالية المضخة مؤخرًا فقط
السيطرة على مكاسب متطورة اللازمة
الضوضاء هي أيضا قضية
ملخص
بعد الحديث عن هذه الأنواع الثلاثة من المكبرات الضوئية ، نجعلها مقارنة بالجدول التالي.
