1. კლასიფიკაციაFიბერიAგამაძლიერებლები
ოპტიკური გამაძლიერებლების სამი ძირითადი ტიპი არსებობს:
(1) ნახევარგამტარული ოპტიკური გამაძლიერებელი (SOA, ნახევარგამტარული ოპტიკური გამაძლიერებელი);
(2) იშვიათმიწა ელემენტებით (ერბიუმი Er, ტულიუმი Tm, პრაზეოდიმიუმი Pr, რუბიდიუმი Nd და ა.შ.) დოპირებული ოპტიკურ-ბოჭკოვანი გამაძლიერებლები, ძირითადად ერბიუმით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლები (EDFA), ასევე თულიუმით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლები (TDFA) და პრაზეოდიმით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლები (PDFA) და ა.შ.
(3) არაწრფივი ბოჭკოვანი გამაძლიერებლები, ძირითადად ბოჭკოვანი რამანის გამაძლიერებლები (FRA, Fiber Raman Amplifier). ამ ოპტიკური გამაძლიერებლების ძირითადი მახასიათებლების შედარება ნაჩვენებია ცხრილში.
EDFA (ერბიუმით დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებელი)
მრავალდონიანი ლაზერული სისტემის შექმნა შესაძლებელია კვარცის ბოჭკოს იშვიათმიწა ელემენტებით (როგორიცაა Nd, Er, Pr, Tm და ა.შ.) დოპირებით, ხოლო შემავალი სიგნალის სინათლე პირდაპირ ძლიერდება ტუმბოს სინათლის ზემოქმედებით. შესაბამისი უკუკავშირის უზრუნველყოფის შემდეგ, წარმოიქმნება ბოჭკოვანი ლაზერი. Nd-დოპირებული ბოჭკოვანი გამაძლიერებლის სამუშაო ტალღის სიგრძეა 1060 ნმ და 1330 ნმ, ხოლო მისი განვითარება და გამოყენება შეზღუდულია ბოჭკოვანი ოპტიკური კომუნიკაციის საუკეთესო წყაროდან გადახრის და სხვა მიზეზების გამო. EDFA-ს და PDFA-ს სამუშაო ტალღის სიგრძეები შესაბამისად ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციის ყველაზე დაბალი დანაკარგის (1550 ნმ) და ნულოვანი დისპერსიის ტალღის სიგრძის (1300 ნმ) ფანჯარაშია, ხოლო TDFA მუშაობს S-დიაპაზონში, რაც ძალიან შესაფერისია ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციის სისტემების აპლიკაციებისთვის. განსაკუთრებით პრაქტიკულია EDFA, რომელიც ყველაზე სწრაფად ვითარდება.
ისPEDFA-ს პრინციპი
EDFA-ს ძირითადი სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახაზ 1(ა)-ში, რომელიც ძირითადად შედგება აქტიური გარემოსგან (ერბიუმით დოპირებული სილიციუმის ბოჭკო, დაახლოებით ათეული მეტრის სიგრძის, 3-5 მიკრონის ბირთვის დიამეტრით და (25-1000)x10-6) დოპირების კონცენტრაციით), ტუმბოს სინათლის წყაროსგან (990 ან 1480 ნმ LD), ოპტიკური შემაერთებლისა და ოპტიკური იზოლატორისგან. სიგნალის და ტუმბოს სინათლე შეიძლება გავრცელდეს ერთი და იგივე მიმართულებით (თანამიმართულებითი ტუმბო), საპირისპირო მიმართულებით (უკუტუმბვა) ან ორივე მიმართულებით (ორმხრივი ტუმბო) ერბიუმის ბოჭკოში. როდესაც სიგნალის და ტუმბოს სინათლე ერთდროულად შეჰყავთ ერბიუმის ბოჭკოში, ერბიუმის იონები აღგზნდებიან მაღალ ენერგეტიკულ დონემდე ტუმბოს სინათლის მოქმედებით (ნახაზი 1 (ბ), სამდონიანი სისტემა) და სწრაფად იშლება მეტასტაბილურ ენერგეტიკულ დონემდე, როდესაც ის უბრუნდება ძირითად მდგომარეობას დაცემული სიგნალის სინათლის მოქმედებით, ის გამოყოფს სიგნალის სინათლის შესაბამის ფოტონებს, რის გამოც სიგნალი ძლიერდება. სურათი 1 (გ) წარმოადგენს მის გაძლიერებულ სპონტანურ ემისიის (ASE) სპექტრს დიდი გამტარობით (20-40 ნმ-მდე) და ორი პიკით, რომლებიც შეესაბამება შესაბამისად 1530 ნმ-ს და 1550 ნმ-ს.
EDFA-ს ძირითადი უპირატესობებია მაღალი გაძლიერება, დიდი გამტარობა, მაღალი გამომავალი სიმძლავრე, ტუმბოს მაღალი ეფექტურობა, დაბალი ჩასმის დანაკარგები და პოლარიზაციის მდგომარეობის მიმართ მგრძნობელობის ნაკლებობა.
2. ბოჭკოვანი ოპტიკური გამაძლიერებლების პრობლემები
მიუხედავად იმისა, რომ ოპტიკურ გამაძლიერებელს (განსაკუთრებით EDFA-ს) ბევრი გამორჩეული უპირატესობა აქვს, ის იდეალური გამაძლიერებელი არ არის. სიგნალის SNR-ის შემცირების დამატებითი ხმაურის გარდა, არსებობს სხვა ნაკლოვანებებიც, როგორიცაა:
- გამაძლიერებლის გამტარობის ფარგლებში გაძლიერების სპექტრის არათანაბარი მოქმედება გავლენას ახდენს მრავალარხიანი გამაძლიერებლის მუშაობაზე;
- როდესაც ოპტიკური გამაძლიერებლები კასკადურად არის გაერთიანებული, ASE ხმაურის, ბოჭკოვანი დისპერსიის და არაწრფივი ეფექტების ეფექტები დაგროვდება.
ეს საკითხები უნდა იქნას გათვალისწინებული აპლიკაციისა და სისტემის დიზაინის შექმნისას.
3. ოპტიკური გამაძლიერებლის გამოყენება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემაში
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემაში,ბოჭკოვანი ოპტიკური გამაძლიერებელიშეიძლება გამოყენებულ იქნას არა მხოლოდ გადამცემის სიმძლავრის გამაძლიერებლად გადაცემის სიმძლავრის გასაზრდელად, არამედ მიმღების წინასწარი გამაძლიერებლად მიღების მგრძნობელობის გასაუმჯობესებლად და ასევე შეუძლია შეცვალოს ტრადიციული ოპტიკურ-ელექტრო-ოპტიკური გამეორება, გადაცემის მანძილის გასაზრდელად და მთლიანად ოპტიკური კომუნიკაციის რეალიზებისთვის.
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემებში გადაცემის მანძილის შემზღუდავი ძირითადი ფაქტორებია ოპტიკური ბოჭკოს დანაკარგი და დისპერსია. ვიწრო სპექტრის სინათლის წყაროს გამოყენებით, ან ნულოვანი დისპერსიის ტალღის სიგრძესთან ახლოს მუშაობისას, ბოჭკოვანი დისპერსიის გავლენა მცირეა. ამ სისტემას არ სჭირდება სიგნალის დროის სრული რეგენერაციის (3R რელე) შესრულება თითოეულ სარელეო სადგურზე. საკმარისია ოპტიკური სიგნალის პირდაპირ გაძლიერება ოპტიკური გამაძლიერებლით (1R რელე). ოპტიკური გამაძლიერებლების გამოყენება შესაძლებელია არა მხოლოდ დიდ მანძილზე არსებულ მაგისტრალურ სისტემებში, არამედ ოპტიკურ-ბოჭკოვანი განაწილების ქსელებშიც, განსაკუთრებით WDM სისტემებში, ერთდროულად მრავალი არხის გასაძლიერებლად.
1) ოპტიკური გამაძლიერებლების გამოყენება მაგისტრალურ ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემებში
ნახ. 2 წარმოადგენს ოპტიკური გამაძლიერებლის გამოყენების სქემატურ დიაგრამას მაგისტრალურ ოპტიკურ-ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემაში. (ა) სურათზე ნაჩვენებია, რომ ოპტიკური გამაძლიერებელი გამოიყენება გადამცემის სიმძლავრის გამაძლიერებლად და მიმღების წინასწარ გამაძლიერებლად, ისე, რომ არარელეური მანძილი გაორმაგდეს. მაგალითად, EDFA-ს გამოყენებით, სისტემის გადაცემა 1.8 გბ/წმ მანძილი იზრდება 120 კმ-დან 250 კმ-მდე ან თუნდაც 400 კმ-ს აღწევს. სურათი 2 (ბ)-(დ) წარმოადგენს ოპტიკური გამაძლიერებლების გამოყენებას მრავალრელეიან სისტემებში; სურათი (ბ) წარმოადგენს ტრადიციულ 3R რელეურ რეჟიმს; სურათი (გ) წარმოადგენს 3R გამეორებლებისა და ოპტიკური გამაძლიერებლების შერეულ რელეურ რეჟიმს; სურათი 2 (დ) ეს არის სრულიად ოპტიკური რელეური რეჟიმი; სრულიად ოპტიკურ საკომუნიკაციო სისტემაში ის არ მოიცავს დროისა და რეგენერაციის წრედებს, ამიტომ ის ბიტ-გამჭვირვალეა და არ არსებობს „ელექტრონული ბოთლის ულვაშის“ შეზღუდვა. თუ ორივე ბოლოში გამგზავნი და მიმღები მოწყობილობა შეიცვლება, დაბალი სიჩქარიდან მაღალ სიჩქარეზე გადასვლა მარტივია და ოპტიკური გამაძლიერებლის შეცვლა საჭირო არ არის.
2) ოპტიკური გამაძლიერებლის გამოყენება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი განაწილების ქსელში
ოპტიკური გამაძლიერებლების (განსაკუთრებით EDFA) მაღალი სიმძლავრის გამომავალი უპირატესობები ძალიან სასარგებლოა ფართოზოლოვანი განაწილების ქსელებში (მაგალითად,კაბელური ტელევიზიაქსელები). ტრადიციული CATV ქსელი იყენებს კოაქსიალურ კაბელს, რომლის გაძლიერებაც საჭიროა ყოველ რამდენიმე ასეულ მეტრში, ხოლო ქსელის მომსახურების რადიუსი დაახლოებით 7 კმ-ია. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი CATV ქსელი, რომელიც იყენებს ოპტიკურ გამაძლიერებლებს, არა მხოლოდ მნიშვნელოვნად ზრდის განაწილებული მომხმარებლების რაოდენობას, არამედ მნიშვნელოვნად აფართოებს ქსელის მარშრუტს. ბოლოდროინდელმა მოვლენებმა აჩვენა, რომ ოპტიკურ-ბოჭკოვანი/ჰიბრიდული (HFC) განაწილება ორივეს ძლიერ მხარეებს აერთიანებს და ძლიერი კონკურენტუნარიანობა აქვს.
სურათი 4 წარმოადგენს ოპტიკურ-ბოჭკოვანი გამანაწილებელი ქსელის მაგალითს 35 სატელევიზიო არხის AM-VSB მოდულაციისთვის. გადამცემის სინათლის წყაროა DFB-LD 1550 ნმ ტალღის სიგრძით და 3.3 დბმ გამომავალი სიმძლავრით. 4-დონიანი EDFA-ს, როგორც სიმძლავრის გამანაწილებელი გამაძლიერებლის, გამოყენებისას, მისი შემავალი სიმძლავრე დაახლოებით -6 დბმ-ია, ხოლო გამომავალი სიმძლავრე დაახლოებით 13 დბმ. ოპტიკური მიმღების მგრძნობელობა -9.2 დბმ. განაწილების 4 დონის შემდეგ, მომხმარებელთა საერთო რაოდენობამ 4.2 მილიონს მიაღწია, ხოლო ქსელის ბილიკი ათეულ კილომეტრზე მეტია. ტესტის შეწონილი სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობა 45 დბ-ზე მეტი იყო და EDFA-მ არ გამოიწვია CSO-ს შემცირება.
გამოქვეყნების დრო: 23 აპრილი, 2023