أنواع مضخِّمات الألياف الضوئية: مقارنة بين EDFA وEYDFA وSOA ورامان

اختيار مُضخِّم ضوئي يُعَدُّ من أبرز القرارات الحاسمة في تصميم شبكات الألياف البصرية. وبما أن هناك تقنيات مختلفةً متاحةً لمختلف التطبيقات، يجب على مهندسي الشبكات أن يكونوا على درايةٍ بالفوائد والسلبيات المرتبطة بالتكلفة والأداء وظروف النشر. ويقدِّم هذا الدليل الشامل مقارنةً بين أربعة أنواع رئيسية من المكبرات الضوئية — EDFA وEYDFA وSOA ورامان — لمساعدتك في اتخاذ القرار الأمثل لشبكتك الخاصة بتوزيع التلفزيون عبر الكابل (CATV) أو الوصول إلى المنزل عبر الألياف (FTTH) أو الشبكات الطويلة المدى.

EDFA: العمود الفقري الصناعي

مضخم الألياف المشوبة بالإربيوم (EDFA) هو أكثر المضخمات انتشارًا على الإطلاق مُضخِّم ضوئي في مجال الاتصالات السلكية واللاسلكية اليوم. يمتاز جهاز نطاق التردد C عند الطول الموجي ١٥٥٠ نانومتر بكسب بصري عالٍ (يصل إلى ٤٠ ديسيبل)، ورقم ضوضاء منخفض (عادةً ما يتراوح بين ٤,٠ و٤,٥ ديسيبل)، وأداءٍ مستقلٍ عن الاستقطاب. وتُعدّ مُضخِّمات الإربيوم المُستندة إلى الألياف الضوئية الخيار الأول لشبكات المناطق الحضرية، وتوزيع أنظمة التلفزيون الكبلي (CATV)، وتطبيقات الشبكة البصرية حتى المنزل (FTTH) التي تتطلّب درجة عالية من الموثوقية والفعالية من حيث التكلفة.

لأغلب التطبيقات القياسية الفعّالة من حيث التكلفة والتي تستخدم مقسِّمًا بنسبة ١:٦٤ وتحتاج إلى خطوط تغذية لا يتجاوز طولها ١٥ كيلومترًا، فإن مُضخِّم الإربيوم المُستند إلى الألياف الضوئية هو الخيار الأمثل. وتتمتّع شركات عديدة، مثل شركة شاندونغ وانشواو للمعدات الإلكترونية البصرية المحدودة، بخبرة واسعة في تصنيع هذا الجهاز الموثوق والفعال، وذلك عبر ١٢ ورشة عمل خالية من الغبار وبجودة عالية، وخطوط إنتاج آلية تضمن ثبات الجودة.

EYDFA: بديل عالي القدرة للوصول إلى مسافات أبعد

يسمح مُضخِّم الألياف المُشَبَّعة بمعدني الإربيوم والإيتريوم (EYDFA) لمصمِّم الشبكة بتمديد نطاق التضخيم أكثر داخل الشبكة في التطبيقات التي تتطلَّب ميزانية ضوئية إضافية بقدرٍ يسير. وبإدخال أيونات الإيتريوم واستخدام هيكل التضخيم ذي الغلاف المزدوج، يحقِّق مُضخِّم EYDFA قوة خرج تصل إلى ٣٣ ديسيبل-ميليواط — وهي أعلى من قوة الخرج القياسية لمُضخِّم EDFA — ويُستخدَم عادةً في تطبيقات FTTH طويلة المدى (حيث تتجاوز المسافات التغذوية ٢٥ كيلومترًا)، وفي حالات التوزيع بنسبة تقسيم ١:١٢٨، وكذلك في نظم RFoG التي تتطلَّب طاقة ضوئية عالية.

يوجد عقوبة طفيفة تُدفع مقابل إخراج طاقة أعلى على شكل زيادة في معامل الضوضاء؛ إذ يبلغ معامل ضوضاء مُضخِّم الألياف المُشَبَّع بالإربيوم (EYDFA) عادةً ما بين ٤٫٥ و٥٫٥ ديسيبل، ويستهلك طاقةً أكثر من مُضخِّم الألياف القياسي المُشَبَّع بالإربيوم (EDFA). وللكثيرين، تُوزَّع هذه الزيادة في التكلفة على مدى عمر النظام بحذف عددٍ كبيرٍ من المكونات النشطة الواقعة في منتصف المسافة — والتي تكون غالبًا باهظة الثمن — لتحقيق نفس شبكة التوزيع. والسؤال الذي يطرحه أي مشغِّل شبكة هو ما إذا كانت الميزانية البصرية الأطول تستحق الزيادة في التكلفة لكل وحدة، وفي بعض المشاريع الريفية أو الضاحية، يكون ذلك صحيحًا دون شك، كما أن استخدام مُضخِّم EYDFA في مركز الإرسال يؤدي إلى خفض التكاليف التشغيلية لكل وحدة.

SOA: السرعة والتكامل شبه الموصلية

يتمتّع مُضخّم أشباه الموصلات الضوئي (SOA) بخصائص فريدة تُميّزه عن مضخّم الألياف المُدوَّبة بالإربيوم (EDFA) ومضخّم الألياف المُدوَّبة بالإربيوم اليتريوم (EYDFA)، ومن أبرزها سرعات التبديل الفائقة السرعة في مدى النانوثانية. وتُؤهّل هذه الخصائص الجهاز للاستخدام في الوضع الانفجاري (Burst Mode)، وتحويل الطول الموجي، والدمج داخل الدوائر الضوئية. ومع ذلك، عند توزيع القدرة العالية، يفتقر عادةً إلى كفاءة EDFA مقارنةً بـ SOA؛ إذ يتراوح مؤشّر الضوضاء في مضخّمات SOA عادةً بين ٦ و٨ ديسيبل أو أكثر، كما أنّها تقدّم تكبيراً معتمداً على الاستقطاب. ولذلك، فإن استخدام مضخّمات SOA في شبكات التلفزيون الكبلي (CATV) وشبكات الألياف حتى المنزل (FTTH) نادرٌ جداً، بينما تكمن تخصصاتها في شبكات الحلقات الحضرية (Metro Ring Networks) وقدرات الإدخال/الإخراج (Add/Drop) المتأصلة في التبديل الضوئي والبحوث العلمية. فإذا كنت مشغّلاً عادياً لشبكة PON، فإن مضخّم EDFA لا يزال الخيار الأمثل لك دون أي شك.

مضخّم رامان: تضخيم موزَّع للمسافات الفائقة الطول

يختلف عمله عن المضخمات المنفصلة التقليدية (مثل مضخمات الإerbium المُضخَّمة بالليزر، ومضخمات اليربيوم-إيربيوم المُضخَّمة بالليزر، ومضخمات التأثير البصري غير الخطي) حيث يوزِّع تضخيمه على مسافات تمتد لعدة كيلومترات بدلًا من تركيزه في نقطة واحدة داخل الشبكة. ويمكن أن يكون معامل الضوضاء قريبًا جدًّا من صفر ديسيبل، كما تمتلك مضخمات رامان نطاق ترددي تضخيمي شبه غير محدود بسبب استخدامها لمجموعة من أطوال موجات الليزر المُضخِّة. وفي الأنظمة البحرية وخطوط النقل الطويلة جدًّا، لا يوجد ما يفوق أداء مضخمات رامان تقريبًا.

أما الجانب السلبي الكبير فهو تعقيدها المرتفع وتكلفتها العالية. مُضخم رامان وهي تتطلب ليزرات مضخِّة قوية وعدة ليزرات مضخِّة، وإدارة دقيقة للعناصر البصرية؛ وهي بالتالي مبالغٌ فيها بالنسبة لشبكات التلفزيون الكبلي (CATV)، خصوصًا إذا علمنا أن المسافات في خطوط التغذية نادرًا ما تتجاوز ٤٠ كيلومترًا. أما الخيارات الأكثر جدوى هنا فهي مضخمات الإerbium المُضخَّمة بالليزر (EDFA) ومضخمات اليربيوم-إيربيوم المُضخَّمة بالليزر (EYDFA).

اختيار الأنسب لشبكتك

المزايا المختلفة لكل نوع من أنواع أجهزة المضخمات البصرية النقاش الوارد هنا سيسمح لك باختيار الأنسب لتطبيقك. ففي جميع تطبيقات توزيع التلفزيون الكابلّي (CATV) تقريبًا، وكذلك تطبيقات الوصول إلى الشبكات الضوئية المنزلية (FTTH)، يُعَدُّ مُضخِّم الألياف المُدوَّر بالإربيوم (EDFA) أفضل حلٍّ متوازنٍ من حيث الموثوقية ومستوى الضوضاء والتكلفة. أما إذا كنت تتوقع أطوال تغذية أطول أو تحتاج إلى نسب انقسام تبلغ ١:١٢٨، فإن مُضخِّم الألياف المُدوَّر بالإربيوم-اليتربيوم (EYDFA) يمكنه تلبية احتياجاتك بكفاءة. أما بالنسبة لمعظم شبكات الوصول، فإن مضخِّم أشباه الموصلات (SOA) أو مضخِّم رامان لا يفيان عمليًّا بالمتطلبات الضرورية لتوزيع التلفزيون الكابلّي (CATV) والوصول إلى الشبكات الضوئية المنزلية (FTTH).

شركة شاندونغ وانشو للتجهيزات البصرية المحدودة، التي تمتلك خطوط إنتاج متكاملة تشمل كل مرحلة من التجميع السطحي (SMT) وحتى التجميع النهائي، قادرة على توفير مضخِّمات بصرية متينة تلبي احتياجات شبكات متنوعة جدًّا. سواء كنت بحاجة إلى مضخِّم EDFA قياسي لتطبيق FTTH بنسبة انقسام ١:٣٢، أو مضخِّم رامان لخط بحري ريفي تحت الماء، فإن اختيار نوع المضخِّم المناسب والمصنِّع المؤهل يُعَدُّ أمرًا جوهريًّا لضمان طول عمر الشبكة وموثوقيتها.