સિદ્ધાંત અને ઉપયોગEDFA એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર
ની મૂળભૂત રચનાઇડીએફએએર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર, જે મુખ્યત્વે સક્રિય માધ્યમ (ડઝનેક મીટર લાંબા ડોપેડ ક્વાર્ટઝ ફાઇબર, કોર વ્યાસ 3-5 માઇક્રોન, ડોપિંગ સાંદ્રતા (25-1000)x10-6), પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોત (990 અથવા 1480nm LD), ઓપ્ટિકલ કપ્લર અને ઓપ્ટિકલ આઇસોલેટરથી બનેલું છે. સિગ્નલ લાઇટ અને પંપ લાઇટ એર્બિયમ ફાઇબરમાં એક જ દિશામાં (કો-પમ્પિંગ), વિરુદ્ધ દિશામાં (રિવર્સ પમ્પિંગ), અથવા બંને દિશામાં (દ્વિદિશ પમ્પિંગ) પ્રચાર કરી શકે છે. જ્યારે સિગ્નલ લાઇટ અને પંપ લાઇટ એક જ સમયે એર્બિયમ ફાઇબરમાં ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પંપ લાઇટની ક્રિયા હેઠળ એર્બિયમ આયન ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર (ત્રણ-સ્તરીય સિસ્ટમ) સુધી ઉત્તેજિત થાય છે, અને ટૂંક સમયમાં મેટાસ્ટેબલ સ્તર પર ક્ષીણ થઈ જાય છે. જ્યારે તે ઘટના સિગ્નલ લાઇટની ક્રિયા હેઠળ જમીનની સ્થિતિમાં પાછો ફરે છે, ત્યારે સિગ્નલ લાઇટને અનુરૂપ ફોટોન ઉત્સર્જિત થાય છે, જેથી સિગ્નલ એમ્પ્લીફાઇડ થાય છે. તેના એમ્પ્લીફાઇડ સ્પોન્ટેનિઅન એમિશન (ASE) સ્પેક્ટ્રમમાં મોટી બેન્ડવિડ્થ (20-40nm સુધી) છે અને તેની બે ટોચો અનુક્રમે 1530nm અને 1550nm જેટલી છે.
ના મુખ્ય ફાયદાEDFA એમ્પ્લીફાયરઉચ્ચ ગેઇન, મોટી બેન્ડવિડ્થ, ઉચ્ચ આઉટપુટ પાવર, ઉચ્ચ પમ્પિંગ કાર્યક્ષમતા, ઓછું નિવેશ નુકશાન અને ધ્રુવીકરણ સ્થિતિઓ પ્રત્યે અસંવેદનશીલતા.
એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયરનો કાર્યકારી સિદ્ધાંત
એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર（EDFA ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર） મુખ્યત્વે એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર (લગભગ 10-30 મીટર લંબાઈ) અને પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોતથી બનેલું છે. કાર્યકારી સિદ્ધાંત એ છે કે એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર પમ્પ્ડ પ્રકાશ સ્ત્રોત (તરંગલંબાઇ 980nm અથવા 1480nm) ની ક્રિયા હેઠળ ઉત્તેજિત રેડિયેશન ઉત્પન્ન કરે છે, અને રેડિયેટેડ પ્રકાશ ઇનપુટ લાઇટ સિગ્નલના ફેરફાર સાથે બદલાય છે, જે ઇનપુટ લાઇટ સિગ્નલને વિસ્તૃત કરવા સમાન છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયરનો લાભ સામાન્ય રીતે 15-40db હોય છે, અને રિલે અંતર 100km થી વધુ વધારી શકાય છે. તેથી, લોકો પૂછ્યા વિના મદદ કરી શકતા નથી: વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રકાશ તરંગોની તીવ્રતા વધારવા માટે ફાઇબર એમ્પ્લીફાયરમાં ડોપેડ એર્બિયમનો ઉપયોગ કરવાનું કેમ વિચાર્યું? આપણે જાણીએ છીએ કે એર્બિયમ એક દુર્લભ પૃથ્વી તત્વ છે, અને દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોની પોતાની ખાસ માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ છે. ઓપ્ટિકલ ઉપકરણોમાં દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોનું ડોપિંગ લાંબા સમયથી ઓપ્ટિકલ ઉપકરણોના પ્રદર્શનને સુધારવા માટે કરવામાં આવે છે, તેથી આ કોઈ આકસ્મિક પરિબળ નથી. વધુમાં, પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોતની તરંગલંબાઇ 980nm કે 1480nm શા માટે પસંદ કરવામાં આવે છે? હકીકતમાં, પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોતની તરંગલંબાઇ 520nm, 650nm, 980nm અને 1480nm હોઈ શકે છે, પરંતુ પ્રેક્ટિસે સાબિત કર્યું છે કે 1480nm પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોત લેસર કાર્યક્ષમતાની તરંગલંબાઇ સૌથી વધુ છે, ત્યારબાદ 980nm પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોતની તરંગલંબાઇ આવે છે.
ભૌતિક માળખું
એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર (EDFA ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર) ની મૂળભૂત રચના. ઇનપુટ એન્ડ અને આઉટપુટ એન્ડ પર એક આઇસોલેટર છે, જેનો હેતુ ઓપ્ટિકલ સિગ્નલને એક-માર્ગી ટ્રાન્સમિશન બનાવવાનો છે. પંપ એક્સાઇટરની તરંગલંબાઇ 980nm અથવા 1480nm છે અને તેનો ઉપયોગ ઊર્જા પૂરી પાડવા માટે થાય છે. કપ્લરનું કાર્ય ઇનપુટ ઓપ્ટિકલ સિગ્નલ અને પંપ લાઇટને એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબરમાં જોડવાનું છે, અને એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબરની ક્રિયા દ્વારા પંપ લાઇટની ઊર્જાને ઇનપુટ ઓપ્ટિકલ સિગ્નલમાં સ્થાનાંતરિત કરવાનું છે, જેથી ઇનપુટ ઓપ્ટિકલ સિગ્નલની ઊર્જા પ્રવર્ધનને સાકાર કરી શકાય. ઉચ્ચ આઉટપુટ ઓપ્ટિકલ પાવર અને ઓછો અવાજ સૂચકાંક મેળવવા માટે, વ્યવહારમાં ઉપયોગમાં લેવાતું એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર એકબીજાને અલગ કરવા માટે મધ્યમાં આઇસોલેટર સાથે બે અથવા વધુ પંપ સ્ત્રોતોની રચના અપનાવે છે. પહોળો અને ફ્લેટ ગેઇન કર્વ મેળવવા માટે, ગેઇન ફ્લેટનિંગ ફિલ્ટર ઉમેરવામાં આવે છે.
EDFA માં પાંચ મુખ્ય ભાગોનો સમાવેશ થાય છે: એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર (EDF), ઓપ્ટિકલ કપ્લર (WDM), ઓપ્ટિકલ આઇસોલેટર (ISO), ઓપ્ટિકલ ફિલ્ટર અને પમ્પિંગ સપ્લાય. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા પંપ સ્ત્રોતોમાં 980nm અને 1480nmનો સમાવેશ થાય છે, અને આ બે પંપ સ્ત્રોતોમાં ઉચ્ચ પમ્પિંગ કાર્યક્ષમતા હોય છે અને તેનો વધુ ઉપયોગ થાય છે. 980nm પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોતનો અવાજ ગુણાંક ઓછો હોય છે; 1480nm પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોતમાં ઉચ્ચ પમ્પિંગ કાર્યક્ષમતા હોય છે અને તે મોટી આઉટપુટ પાવર (980nm પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોત કરતા લગભગ 3dB વધારે) મેળવી શકે છે.
ફાયદો
1. ઓપરેટિંગ તરંગલંબાઇ સિંગલ-મોડ ફાઇબરની ન્યૂનતમ એટેન્યુએશન વિન્ડો સાથે સુસંગત છે.
2. ઉચ્ચ જોડાણ કાર્યક્ષમતા. કારણ કે તે ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર છે, તેને ટ્રાન્સમિશન ફાઇબર સાથે જોડવાનું સરળ છે.
3. ઉચ્ચ ઉર્જા રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા. EDF નો મુખ્ય ભાગ ટ્રાન્સમિશન ફાઇબર કરતા નાનો છે, અને સિગ્નલ લાઇટ અને પંપ લાઇટ EDF માં એકસાથે પ્રસારિત થાય છે, તેથી ઓપ્ટિકલ ક્ષમતા ખૂબ જ કેન્દ્રિત છે. આ પ્રકાશ અને ગેઇન માધ્યમ Er આયન વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ખૂબ જ સંપૂર્ણ બનાવે છે, જે એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબરની યોગ્ય લંબાઈ સાથે જોડાયેલી છે, તેથી પ્રકાશ ઊર્જાની રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા ઊંચી છે.
4. ઉચ્ચ લાભ, ઓછો અવાજ સૂચકાંક, મોટો આઉટપુટ પાવર, ચેનલો વચ્ચે ઓછો ક્રોસસ્ટોક.
5. સ્થિર લાભ લાક્ષણિકતાઓ: EDFA તાપમાન પ્રત્યે સંવેદનશીલ નથી, અને લાભનો ધ્રુવીકરણ સાથે બહુ ઓછો સંબંધ છે.
6. ગેઇન ફીચર સિસ્ટમ બીટ રેટ અને ડેટા ફોર્મેટથી સ્વતંત્ર છે.
ખામી
1. નોનલાઇનર ઇફેક્ટ: EDFA ફાઇબરમાં ઇન્જેક્ટેડ ઓપ્ટિકલ પાવર વધારીને ઓપ્ટિકલ પાવરને વધારે છે, પરંતુ જેટલું મોટું તેટલું સારું. જ્યારે ઓપ્ટિકલ પાવર ચોક્કસ હદ સુધી વધારવામાં આવે છે, ત્યારે ઓપ્ટિકલ ફાઇબરની નોનલાઇનર ઇફેક્ટ ઉત્પન્ન થશે. તેથી, ઓપ્ટિકલ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ કરતી વખતે, સિંગલ-ચેનલ ઇનકમિંગ ફાઇબર ઓપ્ટિકલ પાવરને નિયંત્રિત કરવાના મૂલ્ય પર ધ્યાન આપવું જોઈએ.
2. ગેઇન વેવલન્થ રેન્જ નિશ્ચિત છે: C-બેન્ડ EDFA ની કાર્યકારી તરંગલંબાઇ રેન્જ 1530nm~1561nm છે; L-બેન્ડ EDFA ની કાર્યકારી તરંગલંબાઇ રેન્જ 1565nm~1625nm છે.
૩. અસમાન ગેઇન બેન્ડવિડ્થ: EDFA એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયરની ગેઇન બેન્ડવિડ્થ ખૂબ વિશાળ છે, પરંતુ EDF નો ગેઇન સ્પેક્ટ્રમ પોતે ફ્લેટ નથી. WDM સિસ્ટમમાં ગેઇનને ફ્લેટ કરવા માટે ગેઇન ફ્લેટનિંગ ફિલ્ટર અપનાવવું આવશ્યક છે.
4. પ્રકાશ ઉછાળાની સમસ્યા: જ્યારે પ્રકાશ માર્ગ સામાન્ય હોય છે, ત્યારે પંપ પ્રકાશ દ્વારા ઉત્તેજિત એર્બિયમ આયનો સિગ્નલ પ્રકાશ દ્વારા દૂર લઈ જવામાં આવે છે, આમ સિગ્નલ પ્રકાશનું પ્રવર્ધન પૂર્ણ થાય છે. જો ઇનપુટ પ્રકાશ કાપવામાં આવે છે, કારણ કે મેટાસ્ટેબલ એર્બિયમ આયનો એકઠા થવાનું ચાલુ રાખે છે, તો સિગ્નલ પ્રકાશ ઇનપુટ પુનઃસ્થાપિત થયા પછી, ઊર્જા કૂદશે, પરિણામે પ્રકાશ ઉછાળો થશે.
5. ઓપ્ટિકલ સર્જનો ઉકેલ એ છે કે EDFA માં ઓટોમેટિક ઓપ્ટિકલ પાવર રિડક્શન (APR) અથવા ઓટોમેટિક ઓપ્ટિકલ પાવર ઓફ (APSD) ફંક્શનને સાકાર કરવામાં આવે, એટલે કે, જ્યારે ઇનપુટ લાઇટ ન હોય ત્યારે EDFA આપમેળે પાવર ઘટાડે છે અથવા આપમેળે પાવર બંધ કરે છે, જેનાથી સર્જની ઘટનાને દબાવી દેવામાં આવે છે.
એપ્લિકેશન મોડ
1. બૂસ્ટર એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ બૂસ્ટર વેવ પછી બહુવિધ તરંગલંબાઇ સિગ્નલોની શક્તિ વધારવા અને પછી તેમને ટ્રાન્સમિટ કરવા માટે થાય છે. બૂસ્ટર વેવ પછી સિગ્નલ પાવર સામાન્ય રીતે મોટો હોવાથી, પાવર એમ્પ્લીફાયરનો અવાજ સૂચકાંક અને ગેઇન ખૂબ વધારે નથી. પ્રમાણમાં મોટી આઉટપુટ પાવર ધરાવે છે.
2. પાવર એમ્પ્લીફાયર પછી, લાઈન-એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ સમયાંતરે લાઈન ટ્રાન્સમિશન નુકશાનને વળતર આપવા માટે થાય છે, જેને સામાન્ય રીતે પ્રમાણમાં નાના અવાજ સૂચકાંક અને મોટા આઉટપુટ ઓપ્ટિકલ પાવરની જરૂર પડે છે.
3. પ્રી-એમ્પ્લીફાયર: સ્પ્લિટર પહેલાં અને લાઇન એમ્પ્લીફાયર પછી, તેનો ઉપયોગ સિગ્નલને એમ્પ્લીફાય કરવા અને રીસીવરની સંવેદનશીલતાને સુધારવા માટે થાય છે (જો ઓપ્ટિકલ સિગ્નલ-ટુ-નોઈઝ રેશિયો (OSNR) જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે, તો મોટી ઇનપુટ પાવર રીસીવરના જ અવાજને દબાવી શકે છે અને રીસીવિંગ સંવેદનશીલતાને સુધારી શકે છે), અને નોઈઝ ઇન્ડેક્સ ખૂબ નાનો છે. આઉટપુટ પાવર પર કોઈ મોટી આવશ્યકતા નથી.
પોસ્ટ સમય: માર્ચ-૧૭-૨૦૨૫