เครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์แบบกระจาย

ความหมาย: เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ในการเชื่อมโยงข้อมูลใยแก้วนำแสง กระบวนการขยายที่เกิดขึ้นบนเส้นใยส่งที่ยาวมาก

สำหรับการเชื่อมโยงไฟเบอร์แบบยาวที่ใช้ในการส่งข้อมูลระยะไกล จำเป็นต้องใช้เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปเพื่อให้แน่ใจว่ามีกำลังสัญญาณที่เพียงพอที่เครื่องรับ และเพื่อรักษาอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่เพียงพอ ในขณะเดียวกันก็รับประกันอัตราความผิดพลาดบิต ในหลายกรณี แอมพลิฟายเออร์เหล่านี้แยกจากกัน ใช้งานกับไฟเบอร์เจือดินหายากไม่กี่เมตร สูบด้วยเลเซอร์ไดโอดคู่ไฟเบอร์ บางครั้งเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องส่งหรือด้านหน้าเครื่องรับ หรือตรงกลางของการส่งสัญญาณ ไฟเบอร์ใช้ที่ไหนสักแห่ง นอกจากนี้ยังสามารถใช้แอมพลิฟายเออร์แบบกระจายในไฟเบอร์ส่งสัญญาณได้ด้วย โดยปกติแล้วไฟปั๊มจะถูกฉีดไปที่พอร์ตตัวรับหรือตัวส่งสัญญาณ หรือทั้งสองพอร์ตจะถูกฉีดพร้อมกัน แอมพลิฟายเออร์แบบกระจายนี้อาจได้รับเกนโดยรวมที่ใกล้เคียงกัน แต่เกนต่อความยาวหน่วยจะต่ำกว่ามาก ซึ่งหมายความว่าสามารถรักษาระดับพลังงานสัญญาณที่เหมาะสมในกรณีที่สูญเสียการส่งสัญญาณ แทนที่จะเพิ่มพลังงานสักสองสามเดซิเบล

ข้อดีและข้อเสีย:

ข้อดีอย่างหนึ่งของการใช้แอมพลิฟายเออร์แบบกระจายก็คือการสะสมสัญญาณรบกวนของแอมพลิฟายเออร์ที่ลิงก์ต่ำกว่า สาเหตุหลักมาจากกำลังของสัญญาณจะคงอยู่ตลอดเวลาแทนที่จะอยู่ในระดับที่ต่ำมาก ดังเช่นในกรณีของแอมพลิฟายเออร์แยกส่วน จากนั้นพลังสัญญาณพีคจะลดลงโดยไม่ต้องเพิ่มสัญญาณรบกวนจากแอมพลิฟายเออร์ สิ่งนี้จะช่วยลดผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นของไฟเบอร์ที่อาจเป็นอันตรายได้จริง

ข้อเสียที่สำคัญมากของแอมพลิฟายเออร์แบบกระจายคือความต้องการกำลังปั๊มที่สูงขึ้น ข้อมูลนี้ใช้กับเครื่องขยายสัญญาณแบบ Raman และเครื่องขยายสัญญาณแบบเจือด้วยธาตุแรร์เอิร์ธ ตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ข้อดีของแอมพลิฟายเออร์ประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับระบบส่งกำลังและคุณลักษณะของมัน ตัวอย่างเช่น สำหรับระบบที่ใช้โซลิตันเพียงอย่างเดียว ปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาคือช่วงความยาวคลื่นและแบนด์วิธของสัญญาณ

เครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์แบบกระจาย

เครื่องขยายสัญญาณกระจายสามารถนำไปใช้ในสองรูปแบบที่แตกต่างกัน วิธีแรกคือการใช้ไฟเบอร์ส่งสัญญาณที่ประกอบด้วยไอออนเจือของธาตุหายาก เช่น ไอออนเออร์เบียม แต่ความเข้มข้นของสารเติมต้องต่ำกว่าความเข้มข้นของไฟเบอร์แอมพลิฟายเออร์ทั่วไปมาก แม้ว่าโดยทั่วไปจะใช้เส้นใยซิลิกาเพื่อการสื่อสาร แต่ความสามารถในการละลายในไอออนของธาตุหายากนั้นต่ำมาก และการเติมสารเจือปนต่ำสามารถหลีกเลี่ยงผลการดับได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการส่งผ่านใยแก้วนำแสงยังมีข้อจำกัดอื่นๆ อยู่ด้วย จึงเป็นการยากที่จะปรับใยแก้วนำแสงให้เหมาะสมเพื่อให้มีแบนด์วิดท์ที่ได้รับขนาดใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเติมสารต้องห้ามใดๆ จะเพิ่มการสูญเสียการส่งสัญญาณ ซึ่งไม่ใช่ปัญหาร้ายแรงในแอมพลิฟายเออร์แยกแบบสั้นที่มีขนาดสั้น

เนื่องจากไฟปั๊มของแอมพลิฟายเออร์แบบกระจายจำเป็นต้องส่งผ่านระยะไกลด้วย จึงอาจสูญเสียการส่งสัญญาณได้ หากความยาวคลื่นของปั๊มน้อยกว่าความยาวคลื่นของสัญญาณมาก การสูญเสียจะมากกว่าสัญญาณไฟด้วยซ้ำ ดังนั้น เครื่องขยายสัญญาณที่เจือเออร์เบียมแบบกระจายยาวจึงจำเป็นต้องใช้ไฟปั๊มขนาด 1.45 ไมครอน แทนไฟ 980 นาโนเมตรที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งจะทำให้มีข้อจำกัดมากขึ้นเกี่ยวกับรูปร่างสเปกตรัมของเกนของแอมพลิฟายเออร์ แม้ว่าความยาวคลื่นของปั๊มจะยาว แต่ความต้องการพลังงานของปั๊มก็ยังสูงกว่าเนื่องจากการสูญเสียของปั๊มเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบแยก

เครื่องขยายเสียงรามันแบบกระจาย

แอมพลิฟายเออร์แบบกระจายอีกประเภทหนึ่งคือแอมพลิฟายเออร์รามัน ซึ่งไม่จำเป็นต้องเติมสารหายาก แต่จะใช้การกระเจิงของรามานที่ถูกกระตุ้นเพื่อให้บรรลุกระบวนการขยายสัญญาณ ในทำนองเดียวกัน ไฟเบอร์การส่งผ่านนั้นยากที่จะปรับให้เหมาะสมสำหรับกระบวนการขยายสัญญาณแบบรามาน เนื่องจากการสูญเสียการส่งผ่านจะต้องต่ำ และไฟปั๊มก็ประสบกับการสูญเสียการส่งผ่านเช่นกัน ดังนั้นจึงต้องใช้กำลังปั๊มสูงมาก

อัตราขยายของแหล่งกำเนิดปั๊มขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของแกนไฟเบอร์ การปรับสเปกตรัมเกนให้กว้างขึ้นสามารถทำได้โดยการรวมความยาวคลื่นของปั๊มที่แตกต่างกัน