૧. વર્ગીકરણFઆઇબરAએમ્પ્લીફાયર
ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરના ત્રણ મુખ્ય પ્રકાર છે:
(1) સેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર (SOA, સેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર);
(૨) દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો (એર્બિયમ Er, થુલિયમ Tm, praseodymium Pr, રુબિડિયમ Nd, વગેરે) સાથે ડોપેડ ઓપ્ટિકલ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર, મુખ્યત્વે એર્બિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર (ઇડીએફએ), તેમજ થુલિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર્સ (TDFA) અને પ્રાસોડીમિયમ-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર્સ (PDFA), વગેરે.
(૩) નોનલાઇનર ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર, મુખ્યત્વે ફાઇબર રમન એમ્પ્લીફાયર (FRA, ફાઇબર રમન એમ્પ્લીફાયર). આ ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર્સની મુખ્ય કામગીરી સરખામણી કોષ્ટકમાં બતાવવામાં આવી છે.
EDFA (એર્બિયમ ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયર)
ક્વાર્ટઝ ફાઇબરને દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો (જેમ કે Nd, Er, Pr, Tm, વગેરે) સાથે ડોપ કરીને એક બહુ-સ્તરીય લેસર સિસ્ટમ બનાવી શકાય છે, અને પંપ લાઇટની ક્રિયા હેઠળ ઇનપુટ સિગ્નલ લાઇટ સીધી રીતે વિસ્તૃત થાય છે. યોગ્ય પ્રતિસાદ આપ્યા પછી, ફાઇબર લેસર બનાવવામાં આવે છે. Nd-ડોપેડ ફાઇબર એમ્પ્લીફાયરની કાર્યકારી તરંગલંબાઇ 1060nm અને 1330nm છે, અને ફાઇબર ઓપ્ટિક કમ્યુનિકેશનના શ્રેષ્ઠ સિંક પોર્ટથી વિચલન અને અન્ય કારણોસર તેનો વિકાસ અને એપ્લિકેશન મર્યાદિત છે. EDFA અને PDFA ની કાર્યકારી તરંગલંબાઇ અનુક્રમે ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કમ્યુનિકેશનના સૌથી ઓછા નુકસાન (1550nm) અને શૂન્ય વિક્ષેપ તરંગલંબાઇ (1300nm) ની વિંડોમાં છે, અને TDFA S-બેન્ડમાં કાર્ય કરે છે, જે ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ એપ્લિકેશનો માટે ખૂબ જ યોગ્ય છે. ખાસ કરીને EDFA, સૌથી ઝડપી વિકાસ, વ્યવહારુ રહ્યો છે.
આPEDFA નો સૂત્ર
EDFA ની મૂળભૂત રચના આકૃતિ 1(a) માં બતાવવામાં આવી છે, જે મુખ્યત્વે એક સક્રિય માધ્યમ (એર્બિયમ-ડોપેડ સિલિકા ફાઇબર લગભગ દસ મીટર લાંબુ, 3-5 માઇક્રોનનો મુખ્ય વ્યાસ અને (25-1000)x10-6 ની ડોપિંગ સાંદ્રતા), પંપ પ્રકાશ સ્ત્રોત (990 અથવા 1480nm LD), ઓપ્ટિકલ કપ્લર અને ઓપ્ટિકલ આઇસોલેટરથી બનેલું છે. સિગ્નલ લાઇટ અને પંપ લાઇટ એર્બિયમ ફાઇબરમાં એક જ દિશામાં (સહદિશાત્મક પમ્પિંગ), વિરુદ્ધ દિશાઓ (રિવર્સ પમ્પિંગ) અથવા બંને દિશામાં (દ્વિદિશાત્મક પમ્પિંગ) પ્રચાર કરી શકે છે. જ્યારે સિગ્નલ લાઇટ અને પંપ લાઇટ એક જ સમયે એર્બિયમ ફાઇબરમાં ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પંપ લાઇટ (આકૃતિ 1 (b), ત્રણ-સ્તરીય સિસ્ટમ) ની ક્રિયા હેઠળ એર્બિયમ આયનો ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર સુધી ઉત્તેજિત થાય છે, અને ઝડપથી મેટાસ્ટેબલ ઉર્જા સ્તર સુધી ક્ષીણ થાય છે, જ્યારે તે ઘટના સિગ્નલ લાઇટની ક્રિયા હેઠળ ભૂમિ સ્થિતિમાં પાછો ફરે છે, ત્યારે તે સિગ્નલ લાઇટને અનુરૂપ ફોટોન ઉત્સર્જન કરે છે, જેથી સિગ્નલ એમ્પ્લીફાઇડ થાય છે. આકૃતિ 1 (c) એ તેનું એમ્પ્લીફાઇડ સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન (ASE) સ્પેક્ટ્રમ છે જેમાં મોટી બેન્ડવિડ્થ (20-40nm સુધી) અને અનુક્રમે 1530nm અને 1550nm ને અનુરૂપ બે શિખરો છે.
EDFA ના મુખ્ય ફાયદાઓમાં ઉચ્ચ ગેઇન, મોટી બેન્ડવિડ્થ, ઉચ્ચ આઉટપુટ પાવર, ઉચ્ચ પંપ કાર્યક્ષમતા, ઓછી નિવેશ ખોટ અને ધ્રુવીકરણ સ્થિતિ પ્રત્યે અસંવેદનશીલતા શામેલ છે.
2. ફાઇબર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર સાથે સમસ્યાઓ
ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર (ખાસ કરીને EDFA) ના ઘણા ઉત્કૃષ્ટ ફાયદા હોવા છતાં, તે આદર્શ એમ્પ્લીફાયર નથી. સિગ્નલના SNR ને ઘટાડે તેવા વધારાના અવાજ ઉપરાંત, કેટલીક અન્ય ખામીઓ પણ છે, જેમ કે:
- એમ્પ્લીફાયર બેન્ડવિડ્થમાં ગેઇન સ્પેક્ટ્રમની અસમાનતા મલ્ટિ-ચેનલ એમ્પ્લીફિકેશન કામગીરીને અસર કરે છે;
- જ્યારે ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર્સને કાસ્કેડ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ASE અવાજ, ફાઇબર વિક્ષેપ અને નોનલાઇનર અસરો એકઠા થશે.
એપ્લિકેશન અને સિસ્ટમ ડિઝાઇનમાં આ મુદ્દાઓ ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ.
૩. ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમમાં ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ
ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમમાં,ફાઇબર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરટ્રાન્સમિશન પાવર વધારવા માટે ટ્રાન્સમીટરના પાવર બૂસ્ટ એમ્પ્લીફાયર તરીકે જ નહીં, પણ રીસીવરની સંવેદનશીલતાને સુધારવા માટે રીસીવરના પ્રીએમ્પ્લીફાયર તરીકે પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે, અને ટ્રાન્સમિશન અંતર વધારવા અને ઓલ-ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશનને સાકાર કરવા માટે પરંપરાગત ઓપ્ટિકલ-ઇલેક્ટ્રિકલ-ઓપ્ટિકલ રીપીટરને પણ બદલી શકાય છે.
ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સમાં, ટ્રાન્સમિશન અંતરને મર્યાદિત કરતા મુખ્ય પરિબળો ઓપ્ટિકલ ફાઇબરનું નુકસાન અને વિક્ષેપ છે. સાંકડી-સ્પેક્ટ્રમ પ્રકાશ સ્ત્રોતનો ઉપયોગ કરીને, અથવા શૂન્ય-વિક્ષેપ તરંગલંબાઇની નજીક કામ કરીને, ફાઇબર વિક્ષેપનો પ્રભાવ ઓછો હોય છે. આ સિસ્ટમને દરેક રિલે સ્ટેશન પર સંપૂર્ણ સિગ્નલ ટાઇમિંગ પુનર્જીવન (3R રિલે) કરવાની જરૂર નથી. તે ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર (1R રિલે) વડે ઓપ્ટિકલ સિગ્નલને સીધા એમ્પ્લીફાય કરવા માટે પૂરતું છે. ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ ફક્ત લાંબા-અંતરની ટ્રંક સિસ્ટમ્સમાં જ નહીં પરંતુ ઓપ્ટિકલ ફાઇબર વિતરણ નેટવર્ક્સમાં પણ થઈ શકે છે, ખાસ કરીને WDM સિસ્ટમ્સમાં, એકસાથે બહુવિધ ચેનલોને એમ્પ્લીફાય કરવા માટે.
૧) ટ્રંક ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સમાં ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ
આકૃતિ 2 એ ટ્રંક ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમમાં ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરના ઉપયોગનો એક યોજનાકીય આકૃતિ છે. (a) ચિત્ર બતાવે છે કે ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ ટ્રાન્સમીટરના પાવર બૂસ્ટ એમ્પ્લીફાયર અને રીસીવરના પ્રીએમ્પ્લીફાયર તરીકે થાય છે જેથી નોન-રિલે અંતર બમણું થાય. ઉદાહરણ તરીકે, EDFA અપનાવવાથી, સિસ્ટમ ટ્રાન્સમિશન 1.8Gb/s નું અંતર 120km થી 250km સુધી વધે છે અથવા તો 400km સુધી પહોંચે છે. આકૃતિ 2 (b)-(d) એ મલ્ટી-રિલે સિસ્ટમ્સમાં ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ છે; આકૃતિ (b) એ પરંપરાગત 3R રિલે મોડ છે; આકૃતિ (c) એ 3R રિપીટર્સ અને ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરનો મિશ્ર રિલે મોડ છે; આકૃતિ 2 (d) તે એક ઓલ-ઓપ્ટિકલ રિલે મોડ છે; ઓલ-ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમમાં, તેમાં સમય અને પુનર્જીવન સર્કિટનો સમાવેશ થતો નથી, તેથી તે બીટ-પારદર્શક છે, અને કોઈ "ઇલેક્ટ્રોનિક બોટલ વ્હિસ્કર" પ્રતિબંધ નથી. જ્યાં સુધી બંને છેડે મોકલવા અને પ્રાપ્ત કરવાના સાધનો બદલવામાં આવે છે, ત્યાં સુધી તેને નીચા દરથી ઉચ્ચ દરમાં અપગ્રેડ કરવું સરળ છે, અને ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરને બદલવાની જરૂર નથી.
૨) ઓપ્ટિકલ ફાઇબર ડિસ્ટ્રિબ્યુશન નેટવર્કમાં ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ
ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર (ખાસ કરીને EDFA) ના ઉચ્ચ પાવર આઉટપુટ ફાયદા બ્રોડબેન્ડ વિતરણ નેટવર્કમાં ખૂબ ઉપયોગી છે (જેમ કેસીએટીવીનેટવર્ક્સ). પરંપરાગત CATV નેટવર્ક કોએક્સિયલ કેબલનો ઉપયોગ કરે છે, જેને દર કેટલાક સો મીટરે એમ્પ્લીફાઇડ કરવાની જરૂર પડે છે, અને નેટવર્કનો સર્વિસ ત્રિજ્યા લગભગ 7 કિમી છે. ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર્સનો ઉપયોગ કરીને ઓપ્ટિકલ ફાઇબર CATV નેટવર્ક ફક્ત વિતરિત વપરાશકર્તાઓની સંખ્યામાં જ વધારો કરી શકતું નથી, પરંતુ નેટવર્ક પાથને પણ મોટા પ્રમાણમાં વિસ્તૃત કરી શકે છે. તાજેતરના વિકાસ દર્શાવે છે કે ઓપ્ટિકલ ફાઇબર/હાઇબ્રિડ (HFC) નું વિતરણ બંનેની શક્તિઓને આકર્ષે છે અને તેમાં મજબૂત સ્પર્ધાત્મકતા છે.
આકૃતિ 4 એ 35 ચેનલોના ટીવીના AM-VSB મોડ્યુલેશન માટે ઓપ્ટિકલ ફાઇબર ડિસ્ટ્રિબ્યુશન નેટવર્કનું ઉદાહરણ છે. ટ્રાન્સમીટરનો પ્રકાશ સ્ત્રોત DFB-LD છે જેની તરંગલંબાઇ 1550nm અને આઉટપુટ પાવર 3.3dBm છે. પાવર ડિસ્ટ્રિબ્યુશન એમ્પ્લીફાયર તરીકે 4-લેવલ EDFA નો ઉપયોગ કરીને, તેનો ઇનપુટ પાવર લગભગ -6dBm છે, અને તેનો આઉટપુટ પાવર લગભગ 13dBm છે. ઓપ્ટિકલ રીસીવર સંવેદનશીલતા -9.2d Bm. વિતરણના 4 સ્તર પછી, વપરાશકર્તાઓની કુલ સંખ્યા 4.2 મિલિયન સુધી પહોંચી ગઈ છે, અને નેટવર્ક પાથ દસ કિલોમીટરથી વધુ છે. પરીક્ષણનો ભારિત સિગ્નલ-થી-અવાજ ગુણોત્તર 45dB કરતા વધારે હતો, અને EDFA CSO માં ઘટાડો લાવ્યો ન હતો.
પોસ્ટ સમય: એપ્રિલ-૨૩-૨૦૨૩