เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในสาขาการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง

เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในสาขาการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง

An เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเป็นอุปกรณ์ที่ขยายสัญญาณแสง ในด้านการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง มีบทบาทหลักดังนี้: 1. เพิ่มและขยายกำลังแสง โดยการวางเครื่องขยายสัญญาณแสงไว้ที่ด้านหน้าของเครื่องส่งสัญญาณแสง จะช่วยเพิ่มกำลังแสงที่เข้าสู่ใยแก้วนำแสงได้ 2. ขยายสัญญาณรีเลย์ออนไลน์ แทนที่รีพีทเตอร์ที่มีอยู่ในระบบสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง 3. ขยายสัญญาณล่วงหน้า: ก่อนเครื่องตรวจจับแสงที่ปลายทาง สัญญาณแสงอ่อนจะถูกขยายสัญญาณล่วงหน้าเพื่อเพิ่มความไวในการรับสัญญาณ

ในปัจจุบัน เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลที่นำมาใช้ในการสื่อสารด้วยเส้นใยแก้วนำแสงมีประเภทหลักๆ ดังต่อไปนี้: 1. เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลแบบเซมิคอนดักเตอร์ (เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล SOA)/เครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ (SLA เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล); 2. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบโดปด้วยธาตุหายาก เช่น เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบโดปด้วยเหยื่อล่อ (เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล EDFA) ฯลฯ 3. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น เช่น เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์รามาน ฯลฯ ต่อไปนี้เป็นคำแนะนำสั้นๆ ตามลำดับ

1. แอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์: ภายใต้สภาวะการใช้งานที่แตกต่างกันและการสะท้อนแสงที่ปลายด้านที่ต่างกัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สามารถผลิตแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์ได้หลากหลายประเภท หากกระแสขับของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้ นั่นคือไม่มีการสร้างเลเซอร์ขึ้น ในขณะนี้ สัญญาณออปติคัลจะถูกป้อนเข้าที่ปลายด้านหนึ่ง ตราบใดที่ความถี่ของสัญญาณออปติคัลนี้อยู่ใกล้กับจุดศูนย์กลางสเปกตรัมของเลเซอร์ สัญญาณจะถูกขยายและส่งออกจากปลายอีกด้านหนึ่ง วิธีนี้เครื่องขยายสัญญาณออปติคัลเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณแสงชนิด Fabry-Perrop (FP-SLA) หากเลเซอร์มีไบแอสสูงกว่าเกณฑ์ สัญญาณแสงโหมดเดียวที่อ่อนจากปลายด้านหนึ่ง ตราบใดที่ความถี่ของสัญญาณแสงนี้อยู่ภายในสเปกตรัมของเลเซอร์หลายโหมดนี้ สัญญาณแสงจะถูกขยายและล็อคเข้ากับโหมดที่กำหนด เครื่องขยายสัญญาณแสงชนิดนี้เรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณแบบล็อคการฉีด (IL-SLA) หากปลายทั้งสองด้านของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เคลือบกระจกหรือระเหยด้วยชั้นฟิล์มป้องกันการสะท้อน ทำให้การแผ่รังสีของเลเซอร์มีค่าน้อยมากและไม่สามารถก่อตัวเป็นโพรงเรโซแนนซ์ Fabry-Perrow ได้ เมื่อสัญญาณแสงผ่านชั้นท่อนำคลื่นแอคทีฟ สัญญาณจะถูกขยายขณะเคลื่อนที่ ดังนั้น เครื่องขยายสัญญาณแสงชนิดนี้จึงเรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณแสงชนิดคลื่นเคลื่อนที่ (TW-SLA) และโครงสร้างแสดงไว้ในรูปต่อไปนี้ เนื่องจากแบนด์วิดท์ของเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลชนิดคลื่นเดินทางมีขนาดใหญ่กว่าเครื่องขยายสัญญาณชนิด Fabry-Perot ถึงสามลำดับ และแบนด์วิดท์ 3dB สามารถเข้าถึง 10THz ได้ จึงสามารถขยายสัญญาณออปติคอลที่มีความถี่ต่างๆ ได้ และเป็นเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลที่มีแนวโน้มดีอย่างยิ่ง

2. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบเจือปนเหยื่อ: ประกอบด้วยสามส่วน ส่วนแรกคือไฟเบอร์แบบเจือปนที่มีความยาวตั้งแต่หลายเมตรไปจนถึงหลายสิบเมตร สิ่งเจือปนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นไอออนของธาตุหายาก ซึ่งก่อตัวเป็นวัสดุกระตุ้นเลเซอร์ ส่วนที่สองคือแหล่งกำเนิดปั๊มเลเซอร์ ซึ่งให้พลังงานที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสมเพื่อกระตุ้นไอออนของธาตุหายากที่เจือปนเพื่อให้เกิดการขยายแสง ส่วนที่สามคือตัวต่อ ซึ่งช่วยให้แสงของปั๊มและแสงสัญญาณเชื่อมต่อกับวัสดุกระตุ้นใยแก้วนำแสงที่เจือปน หลักการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์มีความคล้ายคลึงกับเลเซอร์โซลิดสเตตมาก โดยทำให้เกิดสถานะการกระจายตัวของจำนวนอนุภาคแบบย้อนกลับภายในวัสดุที่ถูกกระตุ้นด้วยเลเซอร์และสร้างรังสีที่ถูกกระตุ้น เพื่อสร้างสถานะการกระจายตัวแบบผกผันของจำนวนอนุภาคที่เสถียร จำเป็นต้องมีระดับพลังงานมากกว่าสองระดับในการเปลี่ยนผ่านแสง ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นระบบสามระดับและสี่ระดับ โดยมีแหล่งจ่ายพลังงานอย่างต่อเนื่องจากปั๊ม เพื่อให้จ่ายพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความยาวคลื่นของโฟตอนปั๊มควรสั้นกว่าความยาวคลื่นของโฟตอนเลเซอร์ กล่าวคือ พลังงานของโฟตอนปั๊มควรมากกว่าพลังงานของโฟตอนเลเซอร์ นอกจากนี้ โพรงเรโซแนนซ์ยังก่อให้เกิดการป้อนกลับเชิงบวก จึงสามารถสร้างเครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์ได้

3. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น: ทั้งเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้นและเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เออร์เบียมจัดอยู่ในประเภทของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ อย่างไรก็ตาม เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบแรกใช้ผลแบบไม่เชิงเส้นของเส้นใยควอตซ์ ในขณะที่เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เออร์เบียมใช้เส้นใยควอตซ์ที่เจือเออร์เบียมเพื่อทำหน้าที่บนตัวกลางแอคทีฟ เส้นใยนำแสงควอตซ์ทั่วไปจะสร้างผลแบบไม่เชิงเส้นที่รุนแรงภายใต้การกระทำของแสงปั๊มแรงสูงที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสม เช่น การกระเจิงรามานแบบกระตุ้น (SRS) การกระเจิงบริลลูอินแบบกระตุ้น (SBS) และเอฟเฟกต์การผสมสี่คลื่น เมื่อสัญญาณถูกส่งไปตามเส้นใยนำแสงพร้อมกับแสงปั๊ม แสงสัญญาณจะถูกขยาย ดังนั้นจึงเกิดเป็นเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์รามาน (FRA) เครื่องขยายสัญญาณบริลลูอิน (FBA) และเครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริก ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบกระจาย

สรุป: ทิศทางการพัฒนาทั่วไปของเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลทั้งหมดคือมีเกนสูง กำลังขับสูง และสัญญาณรบกวนต่ำ