แอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์แบบมีอีร์เบียมเจือปน: หลักการทำงาน การเพิ่มสัญญาณ และการใช้งาน

ตัวขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบให้โดปเออร์เบียม (EDFA) เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการมากที่สุดในระบบการสื่อสารด้วยแสงในปัจจุบัน ตัวขยายสัญญาณ EDFA มีวางจำหน่ายเชิงพาณิชย์มาตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1990 และได้เปลี่ยนโฉมเครือข่ายใยแก้วนำแสงระยะไกลอย่างสิ้นเชิง โดยให้การขยายสัญญาณแบบออปติคัลทั้งหมดโดยไม่จำเป็นต้องใช้การสร้างสัญญาณใหม่แบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่มีราคาแพง บริษัท Shandong Wanshuo Optoelectronic Equipment Co., Ltd. เป็นผู้ผลิตอุปกรณ์การสื่อสารด้วยแสงมืออาชีพ ทุ่มเทเพื่อให้บริการโซลูชันครบวงจรสำหรับเครือข่ายการสื่อสารและตัวขยายสัญญาณใยแก้วนำแสง โดยผลิตภัณฑ์หลัก ได้แก่ ตัวขยายสัญญาณ EDFA และ EYDFA

หลักการทำงานของตัวขยายสัญญาณ EDFA

แอมพลิฟายเออร์แบบใช้เส้นใยที่ผสมธาตุเออร์เบียม (erbium doped fiber amplifier) ทำงานตามหลักการของฟิสิกส์เลเซอร์และสเปกโตรสโกปีของธาตุหายาก ตัวกลางให้การขยายสัญญาณคือเส้นใยแก้วซิลิกาสั้นๆ ที่มีการผสมไอออนเออร์เบียมสามประจุ (Er³⁺) ไอออนเออร์เบียมเหล่านี้สามารถถูกกระตุ้นให้ไปอยู่ในระดับพลังงานที่สูงขึ้นได้โดยการปั๊มด้วยไดโอดเลเซอร์ที่ความยาวคลื่น 980 นาโนเมตร หรือ 1480 นาโนเมตร ซึ่งส่งผลให้เกิดภาวะการกลับด้านของประชากร (population inversion)

เมื่อไอออนที่ถูกกระตุ้นแล้วเกิดการปล่อยแสงแบบกระตุ้น (stimulated emission) จะสร้างโฟตอนที่มีความสอดคล้องกัน (coherent photons) ซึ่งมีความยาวคลื่น เฟส และทิศทางเดียวกับโฟตอนสัญญาณที่เข้ามา เมื่อโฟตอนสัญญาณเหล่านั้นผ่านเส้นใยที่มีการผสมเออร์เบียม และมีความยาวคลื่นอยู่ในแถบ C-band (1530–1565 นาโนเมตร) กระบวนการนี้ทำให้เกิดการขยายสัญญาณแบบออปติคัลโดยไม่ต้องแปลงสัญญาณเป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งเป็นคุณลักษณะสำคัญที่ทำให้ EDFA เหมาะสำหรับใช้งานในระบบเวฟเลนธ์-ดิวิชัน มัลติเพล็กซิง (WDM) นอกจากนี้ การรบกวนระหว่างช่องสัญญาณที่ถูกขยายพร้อมกัน (cross-talk) จะถูกยับยั้งลงได้เนื่องจากอายุขัยที่ยาวนานของสถานะพลังงานสูง (หลายมิลลิวินาที) ที่ระดับ ⁴I₁₃/₂

ลักษณะการขยายสัญญาณของ EDFA

การขยายสัญญาณของ EDFA เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์สำคัญที่มีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพของแอมพลิฟายเออร์ในแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน โดยค่ากำไรสัญญาณเล็กทั่วไปอยู่ที่ 20–40 เดซิเบล จนถึง 20 เดซิเบล-มิลลิวัตต์ หรือมากกว่านั้น ในโครงสร้างแบบบูสเตอร์ สำหรับแอปพลิเคชัน DWDM ที่มีความต้องการสูงมาก EDFA แบบ DWDM ของซานตง วันซู่โหว สามารถให้ค่ากำไรสูงสุดถึง 40 เดซิเบล และกำลังขาออกสูงสุดถึง 26 เดซิเบล-มิลลิวัตต์

สเปกตรัมของค่ากำไรของ EDFA ครอบคลุมความกว้างประมาณ 35 นาโนเมตร ในแถบ C แบบมาตรฐาน (1530–1565 นาโนเมตร) และสามารถขยายไปยังแถบ L (1565–1625 นาโนเมตร) ได้ผ่านการออกแบบการปั๊มและการใช้เส้นใยที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม เส้นใยโดปเออร์เบียมที่ยังไม่ผ่านการปรับแต่งจะมีสเปกตรัมของค่ากำไรที่ไม่สม่ำเสมอ จึงจำเป็นต้องใช้ตัวกรองปรับเรียบค่ากำไร (gain-flattening filters) ในระบบ WDM เพื่อแก้ปัญหานี้ ซานตง วันซู่โหว ใช้เทคโนโลยีการปรับเรียบค่ากำไรขั้นสูง ออกแบบเส้นใยโดปเออร์เบียมให้เหมาะสมที่สุด และใช้ตัวเทียบเท่าค่ากำไร (gain equalizers) เพื่อให้ได้ลักษณะค่ากำไรที่เรียบเสมอกันตลอดแถบการทำงาน

การประยุกต์ใช้ EDFA ในเครือข่ายสมัยใหม่

การประยุกต์ใช้อีดีเอฟเอส สามารถขยายขอบเขตการใช้งานไปยังหลากหลายด้านของการสื่อสารด้วยแสงและแอปพลิเคชันอื่นๆ ได้ ซึ่งการประยุกต์ใช้งานหลัก ได้แก่:

การสื่อสารโทรคมนาคมระยะไกลและใต้ทะเล: แอมพลิฟายเออร์แบบ EDFA ใช้เป็นตัวขยายสัญญาณแบบอินไลน์ในระยะทางหลายร้อยกิโลเมตร สำหรับลิงก์ข้อมูลข้ามมหาสมุทรที่ส่งผ่านข้อมูลได้ถึงเทราบิตต่อวินาที

เครือข่ายเมืองแบบ WDM: เพื่อให้เป็นตัวขยายสัญญาณแบบบูสเตอร์และพรี-แอมพลิฟายเออร์ เพื่อเพิ่มระยะการส่งสัญญาณและความจุของระบบ

ระบบ DWDM: การขยายสัญญาณด้วยค่าเสียงรบกวนต่ำ (โดยทั่วไป 4.5 เดซิเบล) และได้กำไรสูง ในแถบความถี่ C-band และ L-band

ระบบเซนเซอร์ที่ใช้ไฟเบอร์ออปติก: แหล่งกำเนิดแสงกำลังสูง/เสียงรบกวนต่ำ สำหรับการใช้งานด้านการตรวจจับแบบ DVS/DAS

การทดสอบและวัดค่าด้วยแสง: เครื่องวัดการสะท้อนแสงแบบเวลาโดเมน (OTDR) และระบบแสงเพื่อการวิจัย

สายผลิตภัณฑ์ของซานตง วันซู่ ประกอบด้วยอุปกรณ์ขยายสัญญาณแบบเอ็ดแฟ (EDFA) ขนาดเล็กสำหรับระบบที่มีขนาดกะทัดรัด อุปกรณ์ขยายสัญญาณแบบเอ็ดแฟสำหรับระบบแยกความยาวคลื่นแบบหนาแน่น (DWDM) อุปกรณ์ขยายสัญญาณแบบเอ็ดแฟสำหรับระบบที่รักษาสถานะโพลาไรเซชัน (PM) และอุปกรณ์ขยายสัญญาณแบบอี-วาย-ดี-แฟ (EYDFA) กำลังสูง ซึ่งสามารถให้กำลังขาออกได้สูงสุดถึง 10 วัตต์

สรุป

โดยสรุปแล้ว อุปกรณ์ขยายสัญญาณแบบเอ็ดแฟ (EDFA) ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญในเครือข่ายแสงในปัจจุบัน เนื่องจากมีความยืดหยุ่นสูงในด้านความยาวคลื่น ประสิทธิภาพด้านสัญญาณรบกวน และการเพิ่มกำลังสัญญาณ บริษัท ซานตง วันซู่ ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ จำกัด มุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนาอย่างอิสระ รวมทั้งการผลิตอัจฉริยะ เพื่อจัดหาโซลูชันอุปกรณ์ขยายสัญญาณแบบเอ็ดแฟที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อตอบสนองความต้องการที่สูงมากของโครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารในปัจจุบัน ตั้งแต่ห้องปฏิบัติการกลั่นกรองระดับสูง 12 ห้อง ไปจนถึงสายการผลิตแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบสำหรับกระบวนการ SMT, การบัดกรีแบบเวฟ, การประกอบ และการผลิตอุปกรณ์ ระบบการผลิตแบบครบวงจรของเราจึงรับประกันคุณภาพ ความน่าเชื่อถือ และการจัดส่งที่รวดเร็วแก่ลูกค้าทั่วโลก