ตัวขยายสัญญาณแสงชนิดหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในการสื่อสารด้วยแสง

ประเภททั่วไปของเครื่องขยายสัญญาณแสงใช้ในการสื่อสารทางแสง

เมื่อสัญญาณแสงถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสง ระยะทางที่เพิ่มขึ้นจะทำให้สัญญาณแสงค่อยๆ อ่อนลงและอาจทำให้การสื่อสารหยุดชะงักได้… จนกระทั่งมีการคิดค้นเครื่องขยายสัญญาณแสงขึ้นมา ซึ่งเปรียบเสมือน “สถานีเติมพลังงาน” ที่ช่วยเติมพลังงานให้กับสัญญาณแสงเพื่อให้สามารถส่งข้อมูลไปยังปลายทางได้อย่างราบรื่น บทความนี้จะแนะนำให้รู้จักกับเครื่องขยายสัญญาณแสงที่ใช้กันทั่วไปในการสื่อสารด้วยแสง –เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่เจือด้วยเออร์เบียม(เครื่องขยายสัญญาณแสง EDFA)

เครื่องขยายสัญญาณแสงแบบไฟเบอร์ออปติกที่เจือด้วยเออร์เบียมนั้น ตามชื่อที่บ่งบอกคือ เออร์เบียม (Er) ซึ่งเป็นธาตุหายากชนิดหนึ่ง ถูกผสมเข้าไปในเส้นใยควอตซ์ เมื่อสัญญาณแสงขาเข้าผ่านเส้นใยที่เจือด้วยเออร์เบียม ไอออนเออร์เบียมไตรวาเลนต์ (Er³⁺) จะดูดซับพลังงานจากแสงกระตุ้นและเปลี่ยนสถานะไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น จำนวนอนุภาคในสถานะกระตุ้นจะเกิดการผกผัน ภายใต้การเหนี่ยวนำของแสงสัญญาณขาเข้า ไอออนธาตุหายากในสถานะกระตุ้นจะเกิดการปล่อยแสงแบบกระตุ้นและปล่อยโฟตอนที่มีความถี่เดียวกันกับแสงสัญญาณ ทำให้เกิดการขยายสัญญาณแสง
ส่วนประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นเครื่องขยายสัญญาณแสง EDFAโดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์เหล่านี้ประกอบด้วยตัวเชื่อมต่อแสง (มักใช้ตัวแบ่งความยาวคลื่น WDM), ตัวแยกแสง, เส้นใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยเออร์เบียม, ตัวกรอง และแหล่งกำเนิดแสงปั๊ม ในจำนวนนี้ ตัวเชื่อมต่อแสงทำหน้าที่ผสานแสงขาเข้าและแสงปั๊มเข้าด้วยกันอย่างชาญฉลาด เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณถูกส่งเข้าไปในเส้นใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยเออร์เบียมอย่างแม่นยำ บทบาทของตัวแยกแสงคือการลดการสะท้อนแสงที่ไม่จำเป็นในเส้นทางแสง เพื่อป้องกันการเกิดสัญญาณรบกวนที่ไม่จำเป็น ทำให้มั่นใจได้ว่าการส่งสัญญาณจะเป็นไปในทิศทางเดียว และตัวกรองแสงจะกำจัดสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการ เพื่อปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน และทำให้มั่นใจได้ถึงความชัดเจนของการส่งข้อมูล
ปัจจุบัน นักวิจัยกำลังพัฒนาเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบสองย่านความถี่ (DBFA) และเครื่องขยายสัญญาณอัลตร้าไวด์แบนด์ (UWOA) โดยมีเป้าหมายเพื่อขยายแบนด์วิดธ์การขยายสัญญาณให้ครอบคลุมย่านความถี่ WDM (Wavelength Division Multiplexing) ทั้งหมด เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยร่วมจากสถาบันวิจัยในยุโรปได้พัฒนาเครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริกแบบคลื่นเดินทางโดยใช้ชิปโฟโตนิก ด้วยโครงสร้างที่กะทัดรัด ทำให้สามารถขยายสัญญาณอัลตร้าไวด์แบนด์ได้ โดยมีแบนด์วิดธ์ 140 นาโนเมตร (มากกว่า EDFA แบบดั้งเดิมถึงสามเท่า) และลดขนาดลงเหลือระดับเซนติเมตร ซึ่งรองรับความเร็วสูงพิเศษสำหรับศูนย์ข้อมูลและการประมวลผล AI เครื่องขยายสัญญาณ "ซูเปอร์แอมพลิฟายเออร์" เหล่านี้จะรองรับการส่งสัญญาณมากกว่าหนึ่งร้อยความยาวคลื่นต่อไฟเบอร์ วางรากฐานสำหรับการสื่อสารแบบโฮโลแกรม โรงงานอัจฉริยะ และแอปพลิเคชันอื่นๆ ในยุค 6G