تقویت‌کننده فیبر تقویت‌شده با اربیوم: اصل کار، بهره و کاربردها

تقویت‌کننده فیبر ناخالص شده با اربیوم (EDFA) یکی از انقلابی‌ترین فناوری‌ها در ارتباطات نوری امروزی است. EDFA از اوایل دهه ۱۹۹۰ به‌صورت تجاری در دسترس بوده و با ارائه تقویت سیگنال کاملاً نوری بدون نیاز به بازتولید گران‌قیمت الکترونیکی-نوری، شبکه‌های فیبر نوری بلندمدت را دگرگون کرده است. شرکت شاندونگ وانشو اوپتوالکترونیک اِکویپمنت محدود شده، تولیدکننده تخصصی تجهیزات ارتباطات نوری است و متعهد به ارائه راه‌حل‌های جامع برای شبکه‌های ارتباطی و تقویت‌کننده‌های فیبر نوری، عمدتاً شامل محصولات EDFA و EYDFA می‌باشد.

اصل کارکرد EDFA

تقویت‌کنندهٔ فیبر ناخالص‌شده با اربیوم بر اساس اصول فیزیک لیزر و طیف‌سنجی عناصر کمیاب کار می‌کند. محیط بهره، تکه‌ای کوتاه از فیبر نوری سیلیسی است که با یون‌های اربیوم سه‌ظرفیتی (Er³⁺) ناخالص شده است. این یون‌های اربیوم را می‌توان با تاباندن دیود لیزر در طول‌موج‌های ۹۸۰ نانومتر یا ۱۴۸۰ نانومتر به سطوح انرژی بالاتر تحریک کرد که منجر به وارون‌سازی جمعیت می‌شود.

یون‌های تحریک‌شده به دلیل تابش القایی، فوتون‌های همدوسی را در همان طول‌موج، فاز و جهت فوتون‌های سیگنال ورودی تولید می‌کنند وقتی این فوتون‌ها از فیبر ناخالص‌شده عبور می‌کنند و در محدودهٔ باند سی (۱۵۳۰ تا ۱۵۶۵ نانومتر) قرار دارند. این فرآیند بهرهٔ نوری را بدون تبدیل الکتریکی سیگنال فراهم می‌کند که ویژگی مهمی برای استفاده از تقویت‌کننده‌های EDFAs در سیستم‌های چندگانه‌سازی تقسیم‌بندی طول‌موج (WDM) است. تداخل متقابل بین کانال‌های طول‌موجی که همزمان تقویت می‌شوند، به دلیل عمر طولانی سطح بالایی (چند میلی‌ثانیه) سطح ⁴I₁₃/₂ کاهش یافته است.

ویژگی‌های بهرهٔ EDFAs

بهرهٔ EDFAs یکی از پارامترهای مهمی است که عملکرد تقویت‌کننده را در کاربردهای مختلف تحت تأثیر قرار می‌دهد. به‌طور معمول، بهره سیگنال کوچک بین ۲۰ تا ۴۰ دسی‌بل است و در پیکربندی‌های تقویت‌کننده می‌تواند به ۲۰ دسی‌بل‌میلی‌وات یا بیشتر برسد. در کاربردهای پیچیدهٔ DWDM، تقویت‌کننده‌های نوری فیبری اربیوم‌دار (EDFA) شاندونگ وانشو قادر به ارائهٔ بهرهٔ بالا تا ۴۰ دسی‌بل و توان خروجی تا ۲۶ دسی‌بل‌میلی‌وات هستند.

طیف بهرهٔ یک EDFA در باند معمولی C (۱۵۳۰ تا ۱۵۶۵ نانومتر) تقریباً ۳۵ نانومتر پوشش می‌دهد و با طراحی مناسب فیبر و پمپاژ می‌توان آن را به باند L (۱۵۶۵ تا ۱۶۲۵ نانومتر) گسترش داد. اما فیبر اربیوم‌دار (EDF) بدون پردازش، طیف بهرهٔ نامتجانسی دارد که لزوم استفاده از فیلترهای تسطیح‌کنندهٔ بهره را در سیستم‌های WDM ایجاد می‌کند. برای حل این مشکل، شاندونگ وانشو از فناوری پیشرفتهٔ تسطیح بهره، بهینه‌سازی طراحی فیبر اربیوم‌دار و استفاده از تساوی‌سازهای بهره برای دستیابی به ویژگی‌های بهرهٔ تسطیح‌شده در سراسر باند کاری بهره می‌برد.

کاربردهای EDFA در شبکه‌های مدرن

کاربردهای EDFA می‌تواند به حوزه‌های مختلف ارتباطات نوری و سایر کاربردها گسترش یابد. از جملهٔ کاربردهای کلیدی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

ارتباطات دوربرد و زیردریایی تلفن همراه: تقویت‌کننده‌های نوری دوپ‌شده با اربیوم (EDFA) به‌صورت درون‌خطی در فاصله‌های چند صد کیلومتری در پیوندهای داده‌ای عرض اقیانوسی که ترابیت در ثانیه انتقال می‌دهند، به‌عنوان تقویت‌کننده استفاده می‌شوند.

شبکه‌های شهری WDM: فراهم‌سازی مراحل تقویت‌کنندهٔ اولیه و نهایی برای افزایش برد و ظرفیت.

سیستم‌های DWDM: تقویت سیگنال با نویز پایین (معمولاً ۴٫۵ دسی‌بل) و بهرهٔ بالا در باندهای C و L.

سیستم‌های حسگر مبتنی بر فیبر نوری: منبع نوری با توان بالا و نویز پایین برای کاربردهای حسگری DVS و DAS.

آزمون و اندازه‌گیری نوری: بازتاب‌سنج‌های نوری حوزهٔ زمانی و سیستم‌های نوری تحقیقاتی

خطوط تولیدی شاندونگ وانشو شامل اِدفاهای کوچک برای سیستم‌های فشرده، اِدفاهای دی‌وی‌دی‌ام برای سیستم‌های تقسیم‌بندی طول موج متراکم، اِدفاهای پی‌ام برای سیستم‌های حفظ قطبش، و اِیدی‌دی‌افاهای توان بالا می‌شوند که می‌توانند تا ۱۰ وات توان خروجی ارائه دهند.

نتیجه‌گیری

در پایان، تقویت‌کننده الیاف ناخالص‌شده اربیوم جزء ضروری شبکه‌های نوری امروزی است؛ زیرا انعطاف‌پذیری برجسته در طول موج، عملکرد نویز و بهره آن بسیار عالی است. شاندونگ وانشو اوپتوالکترونیک اکویپمنت کو، لتد با تمرکز بر تحقیق و توسعه مستقل و تولید هوشمند، راه‌حل‌های اِدفا با عملکرد بالا را برای پاسخگویی به نیازهای سخت‌گیرانه زیرساخت ارتباطی امروزی ارائه می‌دهد. از ۱۲ کارگاه تصفیه درجه بالا تا خطوط تولید کاملاً خودکار اسمت، لحیم‌کاری موجی، مونتاژ و ساخت دستگاه‌ها، سیستم‌های جامع تولید ما کیفیت، قابلیت اطمینان و تحویل به‌موقع محصولات را برای مشتریان سراسر جهان تضمین می‌کنند.