तत्त्व आणि अनुप्रयोगEDFA अर्बियम-डोपड फायबर अॅम्प्लिफायर
मूलभूत रचनाईडीएफएअर्बियम-डोपड फायबर अॅम्प्लिफायर, जो प्रामुख्याने सक्रिय माध्यम (अनेक मीटर लांबीचा डोप केलेला क्वार्ट्झ फायबर, कोरचा व्यास ३-५ मायक्रॉन, डोपिंग सांद्रता (२५-१०००)x१०⁻⁶), पंप प्रकाश स्रोत (९९० किंवा १४८०nm LD), ऑप्टिकल कपलर आणि ऑप्टिकल आयसोलेटर यांनी बनलेला असतो. सिग्नल प्रकाश आणि पंप प्रकाश अर्बियम फायबरमध्ये एकाच दिशेने (को-पंपिंग), विरुद्ध दिशेने (रिव्हर्स पंपिंग), किंवा दोन्ही दिशांनी (बायडायरेक्शनल पंपिंग) प्रसारित होऊ शकतात. जेव्हा सिग्नल प्रकाश आणि पंप प्रकाश एकाच वेळी अर्बियम फायबरमध्ये सोडले जातात, तेव्हा पंप प्रकाशाच्या क्रियेमुळे अर्बियम आयन उच्च ऊर्जा पातळीवर (त्रिस्तरीय प्रणाली) उत्तेजित होतो आणि लवकरच मेटास्टेबल पातळीवर क्षय पावतो. जेव्हा तो आपाती सिग्नल प्रकाशाच्या क्रियेमुळे मूळ स्थितीत परत येतो, तेव्हा सिग्नल प्रकाशाशी संबंधित फोटॉन उत्सर्जित होतो, ज्यामुळे सिग्नलचे प्रवर्धन होते. त्याच्या प्रवर्धित स्वयंस्फूर्त उत्सर्जन (ASE) स्पेक्ट्रममध्ये मोठी बँडविड्थ (20-40nm पर्यंत) आहे आणि त्यात अनुक्रमे 1530nm आणि 1550nm शी संबंधित दोन शिखरे आहेत.
मुख्य फायदेEDFA अॅम्प्लीफायरउच्च गेन, मोठी बँडविड्थ, उच्च आउटपुट पॉवर, उच्च पंपिंग कार्यक्षमता, कमी इन्सर्शन लॉस आणि पोलरायझेशन स्टेट्सप्रती असंवेदनशीलता ही त्याची वैशिष्ट्ये आहेत.
अर्बियम-डोपड फायबर अॅम्प्लिफायरचे कार्यतत्त्व
एर्बियम-डोपड फायबर अॅम्प्लीफायरEDFA ऑप्टिकल अॅम्प्लीफायरहे मुख्यत्वे अर्बियम-डोप्ड फायबर (सुमारे १०-३० मीटर लांबीचे) आणि पंप प्रकाश स्रोताने बनलेले असते. याचे कार्यतत्त्व असे आहे की, पंप केलेल्या प्रकाश स्रोताच्या (तरंगलांबी ९८०nm किंवा १४८०nm) प्रभावाखाली अर्बियम-डोप्ड फायबर उत्तेजित किरणोत्सर्ग निर्माण करते, आणि उत्सर्जित प्रकाश इनपुट प्रकाश सिग्नलमधील बदलासोबत बदलतो, जे इनपुट प्रकाश सिग्नलला प्रवर्धित करण्यासारखेच आहे. परिणामांनुसार, अर्बियम-डोप्ड फायबर ॲम्प्लिफायरचा गेन साधारणपणे १५-४०db असतो आणि रिलेचे अंतर १०० किमी पेक्षा जास्त वाढवता येते. त्यामुळे, लोकांना प्रश्न पडतोच: प्रकाश लहरींची तीव्रता वाढवण्यासाठी शास्त्रज्ञांना फायबर ॲम्प्लिफायरमध्ये डोप्ड अर्बियम वापरण्याची कल्पना का सुचली? आपल्याला माहित आहे की अर्बियम हे एक दुर्मिळ मूलद्रव्य आहे आणि दुर्मिळ मूलद्रव्यांची स्वतःची विशेष संरचनात्मक वैशिष्ट्ये असतात. ऑप्टिकल उपकरणांची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी दुर्मिळ मूलद्रव्यांचे डोपिंग बऱ्याच काळापासून वापरले जात आहे, त्यामुळे हा काही योगायोग नाही. याव्यतिरिक्त, पंप प्रकाश स्रोताची तरंगलांबी 980nm किंवा 1480nm का निवडली जाते? वास्तविक पाहता, पंप प्रकाश स्रोताची तरंगलांबी 520nm, 650nm, 980nm आणि 1480nm असू शकते, परंतु अनुभवाने हे सिद्ध झाले आहे की 1480nm तरंगलांबीच्या पंप प्रकाश स्रोताची लेझर कार्यक्षमता सर्वाधिक असते, त्यानंतर 980nm तरंगलांबीच्या पंप प्रकाश स्रोताचा क्रमांक लागतो.
भौतिक रचना
एर्बियम-डोप्ड फायबर अॅम्प्लिफायरची (EDFA ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर) मूलभूत रचना. इनपुट आणि आउटपुट टोकाला एक आयसोलेटर असतो, ज्याचा उद्देश ऑप्टिकल सिग्नलचे एकमार्गी प्रसारण करणे हा आहे. पंप एक्सायटरची तरंगलांबी ९८०nm किंवा १४८०nm असते आणि त्याचा उपयोग ऊर्जा पुरवण्यासाठी केला जातो. कपलरचे कार्य इनपुट ऑप्टिकल सिग्नल आणि पंप लाईटला एर्बियम-डोप्ड फायबरमध्ये जोडणे आणि एर्बियम-डोप्ड फायबरच्या क्रियेद्वारे पंप लाईटची ऊर्जा इनपुट ऑप्टिकल सिग्नलमध्ये हस्तांतरित करणे हे आहे, जेणेकरून इनपुट ऑप्टिकल सिग्नलचे ऊर्जा प्रवर्धन साध्य करता येते. उच्च आउटपुट ऑप्टिकल पॉवर आणि कमी नॉईज इंडेक्स मिळवण्यासाठी, व्यवहारात वापरल्या जाणाऱ्या एर्बियम-डोप्ड फायबर अॅम्प्लिफायरमध्ये दोन किंवा अधिक पंप स्रोतांची रचना वापरली जाते, ज्यांच्यामध्ये एकमेकांना वेगळे करण्यासाठी आयसोलेटर असतात. अधिक विस्तृत आणि सपाट गेन कर्व्ह मिळवण्यासाठी, गेन फ्लॅटनिंग फिल्टर जोडला जातो.
EDFA मध्ये पाच मुख्य भाग असतात: अर्बियम-डोप्ड फायबर (EDF), ऑप्टिकल कपलर (WDM), ऑप्टिकल आयसोलेटर (ISO), ऑप्टिकल फिल्टर आणि पंपिंग सप्लाय. सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या पंप स्रोतांमध्ये 980nm आणि 1480nm यांचा समावेश होतो, आणि या दोन पंप स्रोतांची पंपिंग कार्यक्षमता जास्त असल्यामुळे त्यांचा वापर अधिक केला जातो. 980nm पंप प्रकाश स्रोताचा नॉईज कोएफिशियंट कमी असतो; 1480nm पंप प्रकाश स्रोताची पंपिंग कार्यक्षमता जास्त असते आणि त्याद्वारे अधिक आउटपुट पॉवर (980nm पंप प्रकाश स्रोतापेक्षा सुमारे 3dB जास्त) मिळवता येते.
फायदा
१. कार्यरत तरंगलांबी ही सिंगल-मोड फायबरच्या किमान क्षीणन विंडोशी सुसंगत आहे.
२. उच्च कपलिंग कार्यक्षमता. हा एक फायबर अॅम्प्लिफायर असल्यामुळे, ट्रान्समिशन फायबरसोबत त्याचे कपलिंग करणे सोपे असते.
३. उच्च ऊर्जा रूपांतरण कार्यक्षमता. EDF चा गाभा ट्रान्समिशन फायबरपेक्षा लहान असतो आणि EDF मध्ये सिग्नल प्रकाश व पंप प्रकाश एकाच वेळी प्रसारित होतात, त्यामुळे प्रकाशीय क्षमता खूप केंद्रित असते. यामुळे प्रकाश आणि गेन माध्यमातील Er आयन यांच्यातील आंतरक्रिया खूप परिपूर्ण होते, आणि सोबतच अर्बियम-डोप्ड फायबरची योग्य लांबी असल्यामुळे, प्रकाश ऊर्जेची रूपांतरण कार्यक्षमता उच्च असते.
४. उच्च गेन, कमी नॉईज इंडेक्स, मोठी आउटपुट पॉवर, चॅनल्समध्ये कमी क्रॉसटॉक.
५. स्थिर गेन वैशिष्ट्ये: EDFA तापमानास संवेदनशील नाही आणि गेनचा ध्रुवीकरणाशी फारसा संबंध नाही.
६. गेन फीचर हे सिस्टम बिट रेट आणि डेटा फॉरमॅटवर अवलंबून नसते.
कमतरता
१. नॉनलाइनर परिणाम: EDFA फायबरमध्ये इंजेक्ट केलेल्या ऑप्टिकल पॉवरमध्ये वाढ करून ऑप्टिकल पॉवर वाढवते, परंतु पॉवर जितकी जास्त तितके चांगले. जेव्हा ऑप्टिकल पॉवर एका विशिष्ट मर्यादेपर्यंत वाढवली जाते, तेव्हा ऑप्टिकल फायबरचा नॉनलाइनर परिणाम निर्माण होतो. त्यामुळे, ऑप्टिकल फायबर ॲम्प्लिफायर वापरताना, सिंगल-चॅनल येणाऱ्या फायबर ऑप्टिकल पॉवरच्या मूल्यावर नियंत्रण ठेवण्याकडे लक्ष दिले पाहिजे.
२. गेन वेव्हलेंथ रेंज निश्चित आहे: सी-बँड EDFA ची कार्यरत वेव्हलेंथ रेंज १५३०nm~१५६१nm आहे; एल-बँड EDFA ची कार्यरत वेव्हलेंथ रेंज १५६५nm~१६२५nm आहे.
३. असमान गेन बँडविड्थ: EDFA (अर्बियम-डोप्ड फायबर ॲम्प्लिफायर) ची गेन बँडविड्थ खूप विस्तृत असते, परंतु EDF चा स्वतःचा गेन स्पेक्ट्रम सपाट नसतो. WDM सिस्टीममध्ये गेन सपाट करण्यासाठी गेन फ्लॅटनिंग फिल्टरचा वापर करणे आवश्यक आहे.
४. प्रकाश प्रवाहाची समस्या: जेव्हा प्रकाशाचा मार्ग सामान्य असतो, तेव्हा पंप प्रकाशाने उत्तेजित झालेले अर्बियम आयन सिग्नल प्रकाशाद्वारे वाहून नेले जातात, ज्यामुळे सिग्नल प्रकाशाचे प्रवर्धन पूर्ण होते. जर येणारा प्रकाश खंडित झाला, तर अस्थिर अर्बियम आयन सतत जमा होत राहिल्यामुळे, सिग्नल प्रकाशाचा पुरवठा पुन्हा सुरू होताच ऊर्जेत मोठी वाढ होते, ज्यामुळे प्रकाश प्रवाह निर्माण होतो.
५. ऑप्टिकल सर्जवरील उपाय म्हणजे EDFA मध्ये ऑटोमॅटिक ऑप्टिकल पॉवर रिडक्शन (APR) किंवा ऑटोमॅटिक ऑप्टिकल पॉवर ऑफ (APSD) फंक्शन कार्यान्वित करणे, म्हणजेच, जेव्हा इनपुट लाईट नसतो तेव्हा EDFA आपोआप पॉवर कमी करते किंवा आपोआप पॉवर बंद करते, ज्यामुळे सर्जची घटना रोखली जाते.
अर्ज मोड
१. बूस्टर वेव्हनंतर बहु-तरंगलांबी सिग्नलची शक्ती वाढवण्यासाठी आणि नंतर ते प्रसारित करण्यासाठी बूस्टर अॅम्प्लीफायरचा वापर केला जातो. बूस्टर वेव्हनंतर सिग्नलची शक्ती सामान्यतः जास्त असल्यामुळे, पॉवर अॅम्प्लीफायरचा नॉईज इंडेक्स आणि गेन फार जास्त नसतो. याची आउटपुट पॉवर तुलनेने जास्त असते.
२. पॉवर अॅम्प्लिफायरनंतर, लाइन-अॅम्प्लिफायरचा उपयोग वेळोवेळी लाइन ट्रान्समिशन लॉसची भरपाई करण्यासाठी केला जातो, ज्यासाठी सामान्यतः तुलनेने कमी नॉईज इंडेक्स आणि जास्त आउटपुट ऑप्टिकल पॉवरची आवश्यकता असते.
३. प्री-अँप्लिफायर: स्प्लिटरच्या आधी आणि लाइन अँप्लिफायरनंतर, याचा उपयोग सिग्नलला अँप्लिफाय करण्यासाठी आणि रिसीव्हरची संवेदनशीलता सुधारण्यासाठी होतो (जर ऑप्टिकल सिग्नल-टू-नॉइज रेशो (OSNR) आवश्यकतेनुसार असेल, तर जास्त इनपुट पॉवर रिसीव्हरचा स्वतःचा नॉइज दाबून रिसीव्हिंग संवेदनशीलता सुधारू शकते), आणि याचा नॉइज इंडेक्स खूप कमी असतो. आउटपुट पॉवरवर कोणतीही मोठी आवश्यकता नसते.
पोस्ट करण्याची वेळ: १७ मार्च २०२५