מהו אמפליפיקטור סיבי דופדף-ארביום (EDFA) ואיך הוא פועל ברשתות סיבים אופטיים?

העברה של אותות למרחקים ארוכים ברשתות סיב אופטי מסורתיות תמיד הייתה אתגר. מגבר סיב אופטי מדורבן אירביום (EDFA), כלב של הרשתות האופטיות, הומצא כפתרון אידיאלי למגבר אופטי-אופטי, המאפשר להוביל אותות לאורך הסיב ללא המרה יקרה מאופטי לאלקטרוני ולאופטי. החברה שלנו, שנדונג וואנשוא אופטו-אלקטרוניקה אקוויפמנט קואו., לטד., מספקת פתרונות מקצועיים מקצה לקצה, במקום אחד, לתעשייה של תקשורת אופטית, כולל מגברי סיב אופטי ביצועים גבוהים המשתמשים ב־EDFA כדי להבטיח ביצועי העברה יציבים ברשת.

מהו EDFA?

ה EDFA היא סוג של מגבר אופטי שמשתמש באורך סיב אופטי מזוהם באירביום שיעורר הגבר אופטי כאשר הוא מוזרם באור לייזר באורך גל של 980 ננומטר או 1480 ננומטר. סיב אופטי מזוהם באירביום מעוצב לשימוש עם מקור לייזר באירביום שפועל באורכי גל שבין 1530 ל-1565 ננומטר. בניגוד לשחזרות קודמות שפעלו על עיקרון המרה אופטית-אלקטרונית-אופטית, EDFAs מגבירים את האותות באופן אופטי בלבד. היכולת להגביר בו זמנית מספר ערוצים באורכי גל שונים מאפשרת להרחיב את השימוש בהם במערכות DWDM.

EDFAs מגבירים אור בעיקר באזור 1530–1565 ננומטר (הספסף C) ועד 1625 ננומטר (הספסף L), מאחר שאורכי גל אלו מתאימים לאזור של אובדן מינימלי בסיבים אופטיים מבוססי שיליקה. EDFAs ישמשו בעיקר במסלולים ארוכים יבשתיים, תחת ימיים ותקשורת מטרופוליטנית.

עקרון הפעולה של EDFA: כיצד זה עובד?

הבנת עקרון הפעולה של EDFA דורש בחינה של הפיזיקה של פליטה מאולצת בסיב אופטי מזוהם באירביום. תהליך ההגברה כולל שלושה צעדים מרכזיים:

1. התעוררות על ידי משאבה

לייזר משאבה שפועל באורך גל של 980 ננומטר או 1480 ננומטר מזריק אנרגיה לסיב דופדף אירביום. כאשר מתבצעת הפעלת המשאבה באורך גל של 980 ננומטר, יוני האירביום מועצמים מהמצב היסודי (⁴I₁₅⁄₂) למצב אנרגיה גבוה יותר (⁴I₁₁⁄₂), שממנו הם נחלשים במהירות ללא פליטה של קרינה למצב מטוסטבילי (⁴I₁₃⁄₂) עם זמן חיים ארוך של כ-10 מילישניות. תהליך זה יוצר הפיכת אוכלוסייה, תנאי קריטי להגברת אופטית.

2. פליטה מאולצת

כשפוטון אות מקורי בטווח 1550 ננומטר נע דרך הסיב הדופדף, הוא מפעיל תהליך של פליטה מאולצת, שבו יון אירביום אחד מועצם מהמצב המעורר למצב היסודי ופולט פוטון אחד קוהרנטי באותו אורך גל, מופע וכיוון כמו פוטון האות הנכנס. בכך האות אינו סובל מהדרדרות, וההגברה היא אופטית טהורה.

3. תצורות הפעלת משאבה

קיימות שלוש תצורות של מזרקים ל-EDFAs שמאפשרות פעילות עם רעש נמוך, הספק פלט גבוה או יעילות הגבר:

מיזוק בכיוון זהה: מגבר סיב אופטי בקווית שמוזק בכיוון זהה לכיוון הגלים, ומביא לתמונה של דרגת רעש נמוכה עבור מגבר עוצמה או מגבר קדימה בתחילת קו תקשורת.

מיזוק בכיוון הפוך: סוג זה של מגבר, שמוזק בכיוון ההפוך לכיוון הגלים, משמש להתקנים בעלי יחס אות לרעש גבוה יותר.

מיזוק דו-כיווני: משלב את שתי התצורות כדי להשיג הגבר גבוה, הספק גבוה ורעש נמוך — אידיאלי למערכות עוקבות ארוכות.

רכיבי מפתח ב-EDFA:

EDFA מורכב מהמודולים הבאים:

סיב מעורבב באירביום (EDF): קטע סיב פעיל באורך של 10–100 מטרים. הוא ממלא את התפקיד העיקרי של מדיום הגברת דרך פליטה מאולצת.

דיודת לייזר למזינה: לספק מקור אור מעורר כדי לעורר יונים למצב אנרגיה גבוה יותר. דיודות לייזר נפוצות למזינה פועלות באורכי גל של 980 ננומטר ו-1480 ננומטר.

מתאם בוחר אורך גל: משמש לאיחוד האור המוזן (האות) עם מקור האור האופטי לסיב (EDF). ב-EDFA, אורכי הגל המוזנים יחד נמצאים בפס C להעברת נתונים, והמזינה היא באורך גל של 1480 ננומטר או 980 ננומטר.

מבודד אופטי: מגן על ביצועי ההגבר של ה-EDFA ועל אות הרשת מפני נזק פוטנציאלי הנגרם מאור מחזורי המגיע מקטעי רשת עוקבים.

מסנן שוהה הגבר: משמש לפיצוי תכונת ההגבר הלא אחידה באופן טבעי של הסיב בפס C, כדי לשבח את הגבר העברתי הכולל בכל הערוצים המועברים.

יישומים של EDFA ברשתות סיב אופטי

ל-EDFA יש יישומים רבים מועילים במערכות תקשורת סיב אופטי, ביניהם:

הובלה יבשתית למרחקים ארוכים: מגברים אופטיים בשורה, המשמשים כחזרות של קו הטרנק, המתקנים את אובדן הסיב לאחר הובלה אופטית של עשרות עד מאות קילומטרים.

מערכת הובלה תת-ימית: היא שיחקה תפקיד משמעותי בהבטחת הובלה אמינה ויציבה לאלפי קילומטרים ברחבי האוקיינוסים.

מערכת הובלה עירונית מבוססת WDM: היא משמשת בעיקר בכניסה לקווי התקשורת (מגבר קדימה) או בסופה (מגבר גביה) כדי להגביר את עוצמת האות ולארוך את מרחקי התקשורת.

חיישן סיב אופטי: משמש למדידת טמפרטורה, מתח, וכדומה על סיב אופטי במרחקים רחוקים.

רשתות CATV ו-PON: אֵדְפָּא-ים הֵם רַכִּיבִים מְחֻיָּבִים בְּתַקְלִיטֵי טֵלֵוִיזְיָה בַּכֶּבֶל וּבְתַקְלִיטֵי רֶשֶׁת אוֹפְטִית פַּסִּיבִית, וּמַטִּילִים אַמְתָּחַת סִגְנָל בְּאֵיכוּת גְּבוֹהָה.

הַטּוֹבֹת שֶׁל טֶכְנוֹלוֹגְיַת אֵדְפָּא

בִּהֲשוּאָה לִטֶכְנוֹלוֹגִיוֹת אַחֶרוֹת, לָאֵדְפָּא הָאוֹפְטִי בִּצְמִיחוּת גְּבוֹהָה יֵשׁ טוֹבֹת:

יְחֵף צִמְחִיָּה גָּבוֹהַּ: צִמְחִיָּה עַד 20–40 דֶבִּי מִתְקַבֶּלֶת בְּמִסְפָּר שֶׁל 100–200 ק״מ אָרְכֵי סִבֵּל;

רֹחַב פַּס גָּדוֹל: הַמִּצְרָן הַזֶּה יָכוֹל לְהַשְׁווֹת בְּאוֹתוֹ הָעֵת אֶת כָּל חַלּוֹנוֹת הַשִּׁדּוּר, וְלָכֵן נִתָּן לְהַשִּׁיג רֹב מִסְפַּר קַנָּלִים בְּאֹרֶךְ גַּל.

דִּמּוּי פַּס־פָּזִי נָמוּךְ: הַדִּמּוּי הַפַּס־פָּזִי הַנָּמוּךְ וְדִמּוּי הַרְשָׁעוֹת הַטִּיפִיִּים נִמְצָאִים בְּסֵדֶר גְּדוּלָּה שֶׁל 4–6 דֶבִּי, שֶׁזֶּה קָרוֹב לְגְבוּל הַכְּמִיָּאי (3 דֶבִּי);

עָצְמָאוּת מִמְּהִירוּת הַבִּיט ה-EDFA מגבירים את כל קצבי העברת הנתונים ללא שינוי, מה שהופך אותם לעתידיים לעדכוני רשת

עיוות חליפתי נמוך: זמן החיים הארוך של יוני הירביום בסטטוס עליון מדכא הפרעות בין ערוצים במערכות WDM

סיכום

מגבירי סיב אופטי דופים באירביום (EDFA), המגבירים האופטיים המרכזיים ב- העברה אופטית בסיב רשתות, מתקנים באופן יעיל את אובדן ההכנסה בקשרים אופטיים למרחק רב בין הקצה השולח לקצה המקבל באמצעות הגברה אופטית מלאה של האות, ומבטיחים ביצועים יציבים. ברשתות גב שדרה לטווח ארוך, מערכות כבלים תת-ימיים, רשתות מטרו WDM וכו', היישומים האלה של ה- EDFA ממלאים תפקיד קריטי.

חברת שנדונג וانשוא אופטואלקטרוניקה לציוד בעמ. היא חברה מקצועית לייצור מגברים סיבים אופטיים. החברה שלנו מספקת פתרונות מלאים במקום אחד של שרשרת האספקה השלמה לכל מגברי הסיבים האופטיים לתקשורת אופטית, כולל תהליכי ייצור המבוססים על קו ייצור אוטומטי, חדרים חסיני אבק וציוד בדיקות מדויק. למוצרים שלנו יש יישומים רחבים במערכות תקשורת ארוכות טווח, תקשורת תת-ימית, תקשורת מטרופולינית, רשתות PON, תחושת סיבים וכו'.