เครื่องขยายสัญญาณแสงในด้านการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง

เครื่องขยายสัญญาณแสงในด้านการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง

An เครื่องขยายสัญญาณแสงตัวขยายสัญญาณแสงเป็นอุปกรณ์ที่ขยายสัญญาณแสง ในด้านการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง บทบาทหลักๆ ของมันมีดังนี้: 1. เพิ่มและขยายกำลังแสง โดยการวางตัวขยายสัญญาณแสงไว้ที่ด้านหน้าของตัวส่งสัญญาณแสง กำลังแสงที่เข้าสู่ใยแก้วนำแสงจะเพิ่มขึ้น 2. การขยายสัญญาณแบบออนไลน์ โดยใช้แทนตัวทวนสัญญาณที่มีอยู่เดิมในระบบสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง 3. การขยายสัญญาณล่วงหน้า: ก่อนถึงตัวตรวจจับแสงที่ปลายทางรับ สัญญาณแสงที่อ่อนจะถูกขยายล่วงหน้าเพื่อเพิ่มความไวในการรับสัญญาณ

ในปัจจุบัน เครื่องขยายสัญญาณแสงที่ใช้ในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงส่วนใหญ่ประกอบด้วยประเภทต่อไปนี้: 1. เครื่องขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ (เครื่องขยายสัญญาณแสง SOA)/เครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ (เครื่องขยายสัญญาณแสง SLA); 2. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่เจือด้วยธาตุหายาก เช่น เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบเบทโดป (เครื่องขยายสัญญาณแสง EDFA), เป็นต้น 3. เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น เช่น เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์รามาน เป็นต้น ต่อไปนี้เป็นการแนะนำโดยสังเขปตามลำดับ

1. เครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์: ภายใต้สภาวะการใช้งานที่แตกต่างกันและด้วยค่าการสะท้อนแสงที่ปลายหน้าตัดที่แตกต่างกัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สามารถสร้างเครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์ได้หลายประเภท หากกระแสขับของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ต่ำกว่าค่าเกณฑ์ นั่นคือไม่มีการสร้างเลเซอร์ ในขณะนั้น สัญญาณแสงจะถูกป้อนเข้าไปที่ปลายด้านหนึ่ง ตราบใดที่ความถี่ของสัญญาณแสงนี้อยู่ใกล้กับจุดศูนย์กลางสเปกตรัมของเลเซอร์ สัญญาณนั้นจะถูกขยายและส่งออกมาจากปลายอีกด้านหนึ่งเครื่องขยายสัญญาณแสงเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณแสงแบบ Fabry-Perrop (FP-SLA) หากเลเซอร์ได้รับไบแอสสูงกว่าเกณฑ์ สัญญาณแสงแบบโหมดเดี่ยวที่อ่อนแอจะถูกป้อนเข้ามาจากปลายด้านหนึ่ง ตราบใดที่ความถี่ของสัญญาณแสงนี้อยู่ในช่วงสเปกตรัมของเลเซอร์มัลติโหมดนี้ สัญญาณแสงจะถูกขยายและล็อกไว้ที่โหมดใดโหมดหนึ่ง เครื่องขยายสัญญาณแสงชนิดนี้เรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณแบบล็อกด้วยการฉีด (IL-SLA) หากปลายทั้งสองข้างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เคลือบด้วยกระจกหรือเคลือบด้วยฟิล์มป้องกันการสะท้อนแสง ทำให้ค่าการแผ่รังสีมีขนาดเล็กมากและไม่สามารถสร้างโพรงเรโซแนนซ์แบบ Fabry-Perrop ได้ เมื่อสัญญาณแสงผ่านชั้นนำคลื่นแบบแอคทีฟ สัญญาณจะถูกขยายขณะเดินทาง ดังนั้นเครื่องขยายสัญญาณแสงชนิดนี้จึงเรียกว่าเครื่องขยายสัญญาณแสงแบบคลื่นเดินทาง (TW-SLA) และโครงสร้างของมันแสดงในรูปต่อไปนี้ เนื่องจากแบนด์วิดท์ของเครื่องขยายสัญญาณแสงแบบคลื่นเดินทางมีขนาดใหญ่กว่าเครื่องขยายสัญญาณแบบ Fabry-Perot ถึงสามลำดับความ magnitud และแบนด์วิดท์ 3dB สามารถเข้าถึง 10THz ได้ จึงสามารถขยายสัญญาณแสงที่มีความถี่ต่างๆ ได้ และเป็นเครื่องขยายสัญญาณแสงที่มีศักยภาพสูงมาก

2. เครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงแบบเจือสาร: ประกอบด้วยสามส่วน: ส่วนแรกคือใยแก้วนำแสงที่เจือสาร มีความยาวตั้งแต่หลายเมตรถึงหลายสิบเมตร สารเจือปนเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นไอออนของธาตุหายาก ซึ่งก่อตัวเป็นวัสดุที่ใช้ในการกระตุ้นเลเซอร์ ส่วนที่สองคือแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ ซึ่งให้พลังงานที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสมเพื่อกระตุ้นไอออนของธาตุหายากที่เจือสาร เพื่อให้เกิดการขยายแสง ส่วนที่สามคือตัวเชื่อมต่อ ซึ่งช่วยให้แสงจากแหล่งกำเนิดแสงและแสงสัญญาณสามารถเชื่อมต่อเข้ากับวัสดุที่ใช้ในการกระตุ้นใยแก้วนำแสงที่เจือสารได้ หลักการทำงานของเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงนั้นคล้ายคลึงกับเลเซอร์โซลิดสเตทมาก มันทำให้เกิดสถานะการกระจายตัวของจำนวนอนุภาคแบบกลับด้านภายในวัสดุที่ถูกกระตุ้นด้วยเลเซอร์ และสร้างรังสีแบบกระตุ้น เพื่อสร้างสถานะการกระจายตัวแบบกลับด้านของจำนวนอนุภาคที่เสถียร ควรมีระดับพลังงานมากกว่าสองระดับที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนผ่านทางแสง โดยทั่วไปจะเป็นระบบสามระดับและสี่ระดับ พร้อมกับการจ่ายพลังงานอย่างต่อเนื่องจากแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ เพื่อให้สามารถส่งพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความยาวคลื่นของโฟตอนปั๊มควรสั้นกว่าความยาวคลื่นของโฟตอนเลเซอร์ นั่นคือ พลังงานของโฟตอนปั๊มควรมากกว่าพลังงานของโฟตอนเลเซอร์ นอกจากนี้ โพรงเรโซแนนซ์ยังก่อให้เกิดการป้อนกลับเชิงบวก จึงสามารถสร้างเครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์ได้

3. เครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงแบบไม่เชิงเส้น: ทั้งเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงแบบไม่เชิงเส้นและเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยเออร์เบียมจัดอยู่ในประเภทของเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสง อย่างไรก็ตาม แบบแรกใช้ประโยชน์จากผลไม่เชิงเส้นของเส้นใยควอตซ์ ในขณะที่แบบหลังใช้เส้นใยควอตซ์ที่เจือด้วยเออร์เบียมเพื่อกระทำต่อตัวกลางแอคทีฟ เส้นใยนำแสงควอตซ์ธรรมดาจะสร้างผลไม่เชิงเส้นที่รุนแรงภายใต้การกระทำของแสงปั๊มที่แรงและมีความยาวคลื่นที่เหมาะสม เช่น การกระเจิงรามานแบบกระตุ้น (SRS) การกระเจิงบริลลูอินแบบกระตุ้น (SBS) และผลการผสมคลื่นสี่คลื่น เมื่อสัญญาณถูกส่งผ่านไปตามเส้นใยนำแสงพร้อมกับแสงปั๊ม แสงสัญญาณสามารถถูกขยายได้ ดังนั้นจึงเกิดเป็นเครื่องขยายสัญญาณรามานใยแก้วนำแสง (FRA) เครื่องขยายสัญญาณบริลลูอิน (FBA) และเครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริก ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงแบบกระจาย

สรุป: ทิศทางการพัฒนาทั่วไปของอุปกรณ์ขยายสัญญาณแสงทุกชนิดคือ อัตราขยายสูง กำลังเอาต์พุตสูง และค่าสัญญาณรบกวนต่ำ