सिद्धांत और अनुप्रयोगEDFA अर्बियम-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 सकती 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 (तीन-स्तरीय प्रणाली) तक उत्तेजित होता है, और जल्द ही मेटास्टेबल स्तर तक क्षय हो जाता है। जब यह घटना सिग्नल लाइट की क्रिया के तहत जमीनी अवस्था में लौटता है, तो सिग्नल लाइट के अनुरूप फोटॉन उत्सर्जित होता है, जिससे सिग्नल प्रवर्धित 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।
इसके 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 पंप किए गए प्रकाश स्रोत (तरंग दैर्ध्य 980nm या 1480nm) की क्रिया के तहत एर्बियम-डॉप्ड फाइबर 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 हैं 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। ऑप्टिकल उपकरणों में दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को डोप करने का उपयोग ऑप्टिकल उपकरणों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए लंबे समय से किया जाता रहा है, इसलिए यह एक आकस्मिक कारक नहीं है। 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 ने साबित कर दिया है कि 1480nm पंप प्रकाश स्रोत लेजर दक्षता की तरंगदैर्ध्य सबसे अधिक है, इसके बाद 980nm पंप प्रकाश स्रोत की तरंगदैर्ध्य है।
भौतिक संरचना
एर्बियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर (EDFA ऑप्टिकल एम्पलीफायर) की मूल संरचना। इनपुट छोर और आउटपुट छोर पर एक आइसोलेटर है, इसका उद्देश्य ऑप्टिकल सिग्नल को एकतरफा ट्रांसमिशन बनाना है। पंप एक्साइटर की तरंग दैर्ध्य 980nm या 1480nm 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 है, 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 के ऊर्जा प्रवर्धन को साकार किया जा 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 अधिक पंप स्रोतों की संरचना को अपनाते हैं। एक व्यापक और सपाट लाभ वक्र प्राप्त करने के लिए, एक लाभ समतल फ़िल्टर जोड़ा जाता है।
EDFA में पाँच मुख्य भाग होते हैं: एर्बियम-डॉप्ड फाइबर (EDF), ऑप्टिकल कपलर (WDM), ऑप्टिकल आइसोलेटर (ISO), ऑप्टिकल फ़िल्टर और पंपिंग सप्लाई। आम तौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले पंप स्रोतों में 980nm और 1480nm शामिल हैं, और इन दो पंप स्रोतों में उच्च पंपिंग दक्षता होती है और इनका उपयोग अधिक होता है। 980nm पंप प्रकाश स्रोत शोर गुणांक कम है; 1480nm पंप प्रकाश स्रोत में उच्च पंपिंग दक्षता होती है और यह बड़ी 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। क्योंकि 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 ऑप्टिकल क्षमता बहुत केंद्रित होती है। यह प्रकाश और लाभ माध्यम एर आयन के बीच की बातचीत को बहुत पूर्ण बनाता है, साथ ही एरबियम-डोप्ड फाइबर की उचित लंबाई के साथ, इसलिए प्रकाश ऊर्जा की रूपांतरण दक्षता अधिक 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. नॉनलाइनियर प्रभाव: EDFA फाइबर में इंजेक्ट की गई ऑप्टिकल पावर को बढ़ाकर ऑप्टिकल पावर को बढ़ाता है, लेकिन जितना बड़ा होगा उतना बेहतर होगा। जब ऑप्टिकल पावर को एक निश्चित सीमा तक बढ़ाया जाता है, तो ऑप्टिकल फाइबर का नॉनलाइनियर प्रभाव उत्पन्न होगा। इसलिए, ऑप्टिकल फाइबर एम्पलीफायरों का उपयोग करते समय, एकल-चैनल इनकमिंग फाइबर ऑप्टिकल पावर को नियंत्रित करने के मूल्य पर ध्यान देना चाहिए।
2. लाभ तरंगदैर्ध्य सीमा तय है: सी-बैंड EDFA की कार्यशील तरंगदैर्ध्य सीमा 1530nm ~ 1561nm है; एल-बैंड EDFA की कार्यशील तरंगदैर्ध्य सीमा 1565nm ~ 1625nm है।
3. असमान लाभ बैंडविड्थ: EDFA एरबियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर का लाभ बैंडविड्थ बहुत व्यापक है, लेकिन EDF का लाभ स्पेक्ट्रम स्वयं समतल नहीं है। WDM सिस्टम में लाभ को समतल करने के लिए लाभ समतलीकरण फ़िल्टर को अपनाना चाहिए।
4. प्रकाश वृद्धि की समस्या: जब प्रकाश पथ सामान्य होता है, तो पंप प्रकाश द्वारा उत्तेजित एर्बियम आयन सिग्नल लाइट द्वारा दूर ले जाए जाते हैं, इस प्रकार सिग्नल लाइट का प्रवर्धन पूरा हो जाता है। यदि इनपुट लाइट को छोटा कर दिया जाता है, क्योंकि मेटास्टेबल एर्बियम आयन जमा होते रहते हैं, एक बार सिग्नल लाइट इनपुट बहाल हो जाने पर, ऊर्जा उछल जाएगी, 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 महसूस करना है, अर्थात, ईडीएफए स्वचालित रूप से बिजली कम कर देता है या इनपुट लाइट न होने पर स्वचालित रूप से बिजली बंद कर देता है, जिससे सर्ज घटना की घटना को दबा दिया जाता है।
आवेदन मोड
1. बूस्टर एम्पलीफायर का उपयोग बूस्टर तरंग के बाद कई तरंगदैर्ध्य संकेतों की शक्ति को बढ़ाने और फिर उन्हें संचारित करने के लिए किया जाता है। चूंकि बूस्टर तरंग के बाद सिग्नल की शक्ति आम तौर पर बड़ी होती है, इसलिए पावर एम्पलीफायर का शोर सूचकांक और लाभ बहुत अधिक नहीं होता है। अपेक्षाकृत बड़ी आउटपुट पावर है।
2. लाइन-एम्पलीफायर, पावर एम्पलीफायर के बाद, समय-समय पर लाइन ट्रांसमिशन हानि की भरपाई के लिए प्रयोग किया जाता है, जिसके लिए आम तौर पर अपेक्षाकृत छोटे शोर सूचकांक और बड़ी 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 (इस मामले में कि ऑप्टिकल सिग्नल-टू-शोर अनुपात (OSNR) आवश्यकताओं को पूरा करता है, 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 है। आउटपुट पावर पर कोई बड़ी आवश्यकता नहीं है।
पोस्ट करने का समय: मार्च-17-2025