เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในการสื่อสารผ่านสายใยแก้วนำแสง

เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลในการสื่อสารผ่านสายใยแก้วนำแสง

An เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเป็นอุปกรณ์ที่ขยายสัญญาณออปติก ในด้านการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง อุปกรณ์นี้มีหน้าที่หลักๆ ดังนี้ 1. เพิ่มและขยายกำลังแสง โดยการวางเครื่องขยายสัญญาณออปติกไว้ที่ปลายด้านหน้าของเครื่องส่งสัญญาณออปติก จะทำให้เพิ่มกำลังแสงที่เข้าสู่ใยแก้วนำแสงได้ 2. ขยายสัญญาณรีเลย์ออนไลน์ แทนที่รีพีทเตอร์ที่มีอยู่ในระบบสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง 3. ขยายสัญญาณล่วงหน้า: ก่อนเครื่องตรวจจับแสงที่ปลายรับสัญญาณ สัญญาณแสงอ่อนจะถูกขยายสัญญาณล่วงหน้าเพื่อเพิ่มความไวในการรับสัญญาณ

ปัจจุบัน เครื่องขยายสัญญาณออปติกที่นำมาใช้ในระบบสื่อสารด้วยเส้นใยแก้วนำแสงมีประเภทหลักๆ ดังต่อไปนี้: 1. เครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์ (เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล SOA)/เครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ (SLA เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล) 2. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบโดปแรร์เอิร์ธ เช่น เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบโดปเหยื่อล่อ (เครื่องขยายสัญญาณออปติคอล EDFA) ฯลฯ 3. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น เช่น เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์รามาน ฯลฯ ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายสั้น ๆ ตามลำดับ

1.เครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์: ภายใต้เงื่อนไขการใช้งานที่แตกต่างกันและการสะท้อนแสงที่ปลายหน้าต่างกัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สามารถผลิตเครื่องขยายสัญญาณออปติกเซมิคอนดักเตอร์ได้หลายประเภท หากกระแสขับเคลื่อนของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้ นั่นคือ ไม่มีการสร้างเลเซอร์ ในเวลานี้ สัญญาณออปติกจะป้อนเข้าที่ปลายด้านหนึ่ง ตราบใดที่ความถี่ของสัญญาณออปติกนี้อยู่ใกล้ศูนย์กลางสเปกตรัมของเลเซอร์ สัญญาณจะถูกขยายและส่งออกจากปลายอีกด้านหนึ่ง สัญญาณประเภทนี้เครื่องขยายสัญญาณออปติคอลเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณออปติกแบบ Fabry-Perrop (FP-SLA) หากเลเซอร์มีอคติเกินเกณฑ์ สัญญาณออปติกแบบโหมดเดียวที่อ่อนจากปลายด้านหนึ่ง ตราบใดที่ความถี่ของสัญญาณออปติกนี้อยู่ในสเปกตรัมของเลเซอร์มัลติโหมดนี้ สัญญาณออปติกจะถูกขยายและล็อกไว้ที่โหมดหนึ่ง เครื่องขยายสัญญาณออปติกประเภทนี้เรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณแบบล็อคการฉีด (IL-SLA) หากปลายทั้งสองของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เคลือบกระจกหรือระเหยด้วยชั้นของฟิล์มป้องกันการสะท้อน ทำให้การแผ่รังสีของเลเซอร์มีค่าน้อยมากและไม่สามารถสร้างโพรงเรโซแนนซ์ Fabry-Perrow ได้ เมื่อสัญญาณออปติกผ่านชั้นท่อนำคลื่นแอ็คทีฟ สัญญาณจะถูกขยายขณะเคลื่อนที่ ดังนั้น เครื่องขยายสัญญาณออปติกประเภทนี้จึงเรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณออปติกแบบคลื่นเคลื่อนที่ (TW-SLA) และโครงสร้างของเครื่องขยายสัญญาณออปติกจะแสดงในรูปต่อไปนี้ เนื่องจากแบนด์วิดท์ของเครื่องขยายสัญญาณออปติกชนิดคลื่นเดินทางนั้นมีขนาดใหญ่กว่าเครื่องขยายสัญญาณชนิด Fabry-Perot ถึง 3 ลำดับ และแบนด์วิดท์ 3dB สามารถเข้าถึง 10THz ได้ จึงสามารถขยายสัญญาณออปติกที่มีความถี่ต่างๆ ได้ และถือเป็นเครื่องขยายสัญญาณออปติกที่มีแนวโน้มที่ดีอย่างมาก

2. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบเจือปนเหยื่อ: ประกอบด้วยสามส่วน ส่วนแรกเป็นไฟเบอร์แบบเจือปนที่มีความยาวตั้งแต่หลายเมตรไปจนถึงหลายสิบเมตร สิ่งเจือปนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นไอออนของแรร์เอิร์ธซึ่งสร้างวัสดุกระตุ้นเลเซอร์ ส่วนที่สองคือแหล่งปั๊มเลเซอร์ซึ่งให้พลังงานที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสมเพื่อกระตุ้นไอออนของแรร์เอิร์ธที่เจือปนเพื่อให้เกิดการขยายแสง ส่วนที่สามคือตัวต่อซึ่งทำให้แสงของปั๊มและแสงสัญญาณเชื่อมต่อเข้ากับวัสดุกระตุ้นไฟเบอร์ออปติกที่เจือปน หลักการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์นั้นคล้ายกับเลเซอร์โซลิดสเตตมาก โดยทำให้เกิดสถานะการกระจายของจำนวนอนุภาคที่ย้อนกลับภายในวัสดุที่กระตุ้นด้วยเลเซอร์และสร้างรังสีที่ถูกกระตุ้น เพื่อสร้างสถานะการกระจายการกลับด้านของจำนวนอนุภาคที่เสถียร จำเป็นต้องมีระดับพลังงานมากกว่าสองระดับในการเปลี่ยนผ่านทางแสง โดยทั่วไปคือระบบสามระดับและสี่ระดับ โดยมีแหล่งจ่ายพลังงานอย่างต่อเนื่องจากแหล่งปั๊ม เพื่อให้มีพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ความยาวคลื่นของโฟตอนของปั๊มควรสั้นกว่าความยาวคลื่นของโฟตอนของเลเซอร์ นั่นคือ พลังงานของโฟตอนของปั๊มควรมากกว่าพลังงานของโฟตอนของเลเซอร์ นอกจากนี้ โพรงเรโซแนนซ์ยังสร้างการตอบรับเชิงบวก ดังนั้นจึงสามารถสร้างเครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์ได้

3. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น: เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้นและเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เออร์เบียมต่างก็จัดอยู่ในประเภทของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ อย่างไรก็ตาม เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบแรกใช้เอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นของไฟเบอร์ควอตซ์ ในขณะที่เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เออร์เบียมใช้ไฟเบอร์ควอตซ์ที่เจือด้วยเออร์เบียมเพื่อทำหน้าที่กับสื่อแอ็กทีฟ ไฟเบอร์ออปติกควอตซ์ทั่วไปจะสร้างเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นที่รุนแรงภายใต้การกระทำของแสงปั๊มที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสม เช่น การกระเจิงรามานที่กระตุ้น (SRS) การกระเจิงบริลลูอินที่กระตุ้น (SBS) และเอฟเฟกต์การผสมสี่คลื่น เมื่อสัญญาณถูกส่งไปตามไฟเบอร์ออปติกพร้อมกับแสงปั๊ม แสงสัญญาณก็สามารถขยายได้ ดังนั้น จึงสร้างเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์รามาน (FRA) เครื่องขยายสัญญาณบริลลูอิน (FBA) และเครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริก ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบกระจาย

บทสรุป: ทิศทางการพัฒนาทั่วไปของเครื่องขยายสัญญาณออปติคัลทั้งหมดคือ ค่าเกนสูง กำลังเอาต์พุตสูง และค่าสัญญาณรบกวนต่ำ