सिद्धांत और अनुप्रयोगEDFA एर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर
की मूल संरचनाईडीएफएएर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर, जो मुख्य रूप से एक सक्रिय माध्यम (दर्जनों मीटर लंबा डोप्ड क्वार्ट्ज फाइबर, कोर व्यास 3-5 माइक्रोन, डोपिंग सांद्रता (25-1000) x10-6), पंप प्रकाश स्रोत (990 या 1480nm LD), ऑप्टिकल कपलर और ऑप्टिकल आइसोलेटर से बना होता है। सिग्नल लाइट और पंप लाइट एर्बियम फाइबर में एक ही दिशा (सह-पंपिंग), विपरीत दिशा (रिवर्स पंपिंग), या दोनों दिशाओं (द्विदिशात्मक पंपिंग) में फैल सकते हैं। जब सिग्नल लाइट और पंप लाइट को एक ही समय में एर्बियम फाइबर में इंजेक्ट किया जाता है, तो पंप लाइट की क्रिया के तहत एर्बियम आयन उच्च ऊर्जा स्तर (त्रि-स्तरीय प्रणाली) तक उत्तेजित होता है इसके प्रवर्धित स्वतः उत्सर्जन (ASE) स्पेक्ट्रम में बड़ी बैंडविड्थ (20-40nm तक) है और इसमें क्रमशः 1530nm और 1550nm के अनुरूप दो शिखर हैं।
के मुख्य लाभईडीएफए एम्पलीफायरउच्च लाभ, बड़ी बैंडविड्थ, उच्च आउटपुट शक्ति, उच्च पंपिंग दक्षता, कम सम्मिलन हानि, और ध्रुवीकरण स्थितियों के प्रति असंवेदनशीलता।
एर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर का कार्य सिद्धांत
एर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर（EDFA ऑप्टिकल एम्पलीफायर） मुख्य रूप से एक एर्बियम-डॉप्ड फाइबर (लगभग 10-30 मीटर लंबाई) और एक पंप प्रकाश स्रोत से बना है। कार्य सिद्धांत यह है कि एर्बियम-डॉप्ड फाइबर पंप किए गए प्रकाश स्रोत (तरंग दैर्ध्य 980nm या 1480nm) की क्रिया के तहत उत्तेजित विकिरण उत्पन्न करता है, और विकिरणित प्रकाश इनपुट प्रकाश संकेत के परिवर्तन के साथ बदलता है, जो इनपुट प्रकाश संकेत को बढ़ाने के बराबर है। परिणाम बताते हैं कि एर्बियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर का लाभ आमतौर पर 15-40db होता है, और रिले दूरी 100 किमी से अधिक बढ़ाई जा सकती है। इसलिए, लोग मदद नहीं कर सकते लेकिन पूछते हैं: वैज्ञानिकों ने प्रकाश तरंगों की तीव्रता बढ़ाने के लिए फाइबर एम्पलीफायर में डोप्ड एर्बियम का उपयोग करने के बारे में क्यों सोचा? हम जानते हैं कि एर्बियम एक दुर्लभ पृथ्वी तत्व है, और दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की अपनी विशेष संरचनात्मक विशेषताएं हैं इसके अलावा, पंप प्रकाश स्रोत की तरंगदैर्ध्य 980nm या 1480nm क्यों चुनी जाती है? वास्तव में, पंप प्रकाश स्रोत की तरंगदैर्ध्य 520nm, 650nm, 980nm और 1480nm हो सकती है, लेकिन अभ्यास से यह साबित हो गया है कि 1480nm पंप प्रकाश स्रोत की तरंगदैर्ध्य की लेज़र दक्षता सबसे अधिक होती है, उसके बाद 980nm पंप प्रकाश स्रोत की तरंगदैर्ध्य होती है।
भौतिक संरचना
एर्बियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर (EDFA ऑप्टिकल एम्पलीफायर) की मूल संरचना। इनपुट छोर और आउटपुट छोर पर एक आइसोलेटर होता है, जिसका उद्देश्य ऑप्टिकल सिग्नल को एकतरफा ट्रांसमिशन बनाना है। पंप एक्साइटर की तरंग दैर्ध्य 980nm या 1480nm होती है और इसका उपयोग ऊर्जा प्रदान करने के लिए किया जाता है। कपलर का कार्य इनपुट ऑप्टिकल सिग्नल और पंप लाइट को एर्बियम-डॉप्ड फाइबर में युग्मित करना और पंप लाइट की ऊर्जा को एर्बियम-डॉप्ड फाइबर की क्रिया के माध्यम से इनपुट ऑप्टिकल सिग्नल में स्थानांतरित करना है, ताकि इनपुट ऑप्टिकल सिग्नल का ऊर्जा प्रवर्धन प्राप्त हो सके। उच्च आउटपुट ऑप्टिकल पावर और कम शोर सूचकांक प्राप्त करने के लिए, व्यवहार में उपयोग किए जाने वाले एर्बियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर एक दूसरे को अलग करने के लिए बीच में आइसोलेटर के साथ दो या दो से अधिक पंप स्रोतों की संरचना को अपनाते हैं।
ईडीएफए में पाँच मुख्य भाग होते हैं: एर्बियम-डॉप्ड फाइबर (ईडीएफ), ऑप्टिकल कपलर (डब्ल्यूडीएम), ऑप्टिकल आइसोलेटर (आईएसओ), ऑप्टिकल फ़िल्टर और पंपिंग सप्लाई। आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले पंप स्रोतों में 980nm और 1480nm शामिल हैं, और इन दोनों पंप स्रोतों की पंपिंग दक्षता अधिक होती है और इनका उपयोग अधिक होता है। 980nm पंप प्रकाश स्रोत का शोर गुणांक कम होता है; 1480nm पंप प्रकाश स्रोत की पंपिंग दक्षता अधिक होती है और यह अधिक आउटपुट पावर (980nm पंप प्रकाश स्रोत से लगभग 3dB अधिक) प्राप्त कर सकता है।
फ़ायदा
1. ऑपरेटिंग तरंगदैर्ध्य एकल-मोड फाइबर की न्यूनतम क्षीणन विंडो के अनुरूप है।
2. उच्च युग्मन दक्षता। चूँकि यह एक फाइबर एम्पलीफायर है, इसलिए ट्रांसमिशन फाइबर के साथ युग्मन करना आसान है।
3. उच्च ऊर्जा रूपांतरण दक्षता। EDF का कोर ट्रांसमिशन फाइबर की तुलना में छोटा होता है, और सिग्नल लाइट और पंप लाइट EDF में एक साथ संचारित होते हैं, इसलिए प्रकाशिक क्षमता अत्यधिक केंद्रित होती है। इससे प्रकाश और लाभ माध्यम Er आयन के बीच परस्पर क्रिया बहुत पूर्ण हो जाती है, और साथ ही एर्बियम-डोप्ड फाइबर की उचित लंबाई भी होती है, इसलिए प्रकाश ऊर्जा की रूपांतरण दक्षता उच्च होती है।
4. उच्च लाभ, कम शोर सूचकांक, बड़ी आउटपुट शक्ति, चैनलों के बीच कम क्रॉसटॉक।
5. स्थिर लाभ विशेषताएँ: EDFA तापमान के प्रति संवेदनशील नहीं है, और लाभ का ध्रुवीकरण के साथ बहुत कम संबंध है।
6. लाभ विशेषता सिस्टम बिट दर और डेटा प्रारूप से स्वतंत्र है।
कमी
1. अरैखिक प्रभाव: EDFA, फाइबर में इंजेक्ट की गई ऑप्टिकल शक्ति को बढ़ाकर ऑप्टिकल शक्ति को बढ़ाता है, लेकिन यह जितना बड़ा होगा, उतना ही बेहतर होगा। जब ऑप्टिकल शक्ति एक निश्चित सीमा तक बढ़ा दी जाती है, तो ऑप्टिकल फाइबर का अरैखिक प्रभाव उत्पन्न होगा। इसलिए, ऑप्टिकल फाइबर एम्पलीफायरों का उपयोग करते समय, एकल-चैनल आने वाली फाइबर ऑप्टिकल शक्ति को नियंत्रित करने के महत्व पर ध्यान देना चाहिए।
2. लाभ तरंगदैर्ध्य सीमा तय है: सी-बैंड ईडीएफए की कार्यशील तरंगदैर्ध्य सीमा 1530nm ~ 1561nm है; एल-बैंड ईडीएफए की कार्यशील तरंगदैर्ध्य सीमा 1565nm ~ 1625nm है।
3. असमान लाभ बैंडविड्थ: EDFA अर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर का लाभ बैंडविड्थ बहुत विस्तृत होता है, लेकिन EDF का लाभ स्पेक्ट्रम स्वयं समतल नहीं होता। WDM प्रणाली में लाभ को समतल करने के लिए लाभ समतलीकरण फ़िल्टर का उपयोग किया जाना चाहिए।
4. प्रकाश वृद्धि की समस्या: जब प्रकाश पथ सामान्य होता है, तो पंप प्रकाश द्वारा उत्तेजित एर्बियम आयन सिग्नल प्रकाश द्वारा दूर ले जाए जाते हैं, जिससे सिग्नल प्रकाश का प्रवर्धन पूरा हो जाता है। यदि इनपुट प्रकाश छोटा कर दिया जाता है, तो मेटास्टेबल एर्बियम आयनों के संचय के कारण, सिग्नल प्रकाश इनपुट के बहाल होने पर, ऊर्जा में उछाल आएगा, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश वृद्धि होगी।
5. ऑप्टिकल सर्ज का समाधान ईडीएफए में स्वचालित ऑप्टिकल पावर रिडक्शन (एपीआर) या स्वचालित ऑप्टिकल पावर ऑफ (एपीएसडी) फ़ंक्शन को साकार करना है, अर्थात, ईडीएफए स्वचालित रूप से बिजली कम कर देता है या स्वचालित रूप से बिजली बंद कर देता है जब कोई इनपुट लाइट नहीं होती है, जिससे सर्ज घटना की घटना को दबा दिया जाता है।
अनुप्रयोग मोड
1. बूस्टर एम्पलीफायर का उपयोग बूस्टर तरंग के बाद बहु-तरंगदैर्ध्य संकेतों की शक्ति को बढ़ाने और फिर उन्हें प्रेषित करने के लिए किया जाता है। चूँकि बूस्टर तरंग के बाद संकेत शक्ति सामान्यतः बड़ी होती है, इसलिए शक्ति एम्पलीफायर का शोर सूचकांक और लाभ बहुत अधिक नहीं होता है। इसकी आउटपुट शक्ति अपेक्षाकृत अधिक होती है।
2. लाइन-एम्पलीफायर, पावर एम्पलीफायर के बाद, समय-समय पर लाइन ट्रांसमिशन हानि की भरपाई के लिए उपयोग किया जाता है, जिसके लिए आम तौर पर अपेक्षाकृत छोटे शोर सूचकांक और बड़े आउटपुट ऑप्टिकल पावर की आवश्यकता होती है।
3. प्री-एम्पलीफायर: स्प्लिटर से पहले और लाइन एम्पलीफायर के बाद, इसका उपयोग सिग्नल को बढ़ाने और रिसीवर की संवेदनशीलता में सुधार करने के लिए किया जाता है (यदि ऑप्टिकल सिग्नल-टू-शोर अनुपात (OSNR) आवश्यकताओं को पूरा करता है, तो बड़ी इनपुट शक्ति रिसीवर के शोर को दबा सकती है और प्राप्त करने की संवेदनशीलता में सुधार कर सकती है), और शोर सूचकांक बहुत छोटा होता है। आउटपुट पावर पर कोई बड़ी आवश्यकता नहीं होती है।
पोस्ट करने का समय: मार्च-17-2025