विभिन्न प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायरों की तुलना
ऑप्टिकल एम्पलीफायर ऑप्टिकल संचार नेटवर्क के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीक है। पहले इसे विद्युत संकेत में परिवर्तित करने की आवश्यकता के बिना, रिपीटर्स के बजाय अब ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता है। जैसा कि हम जानते हैं कि ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के कई प्रकार होते हैं। उनमें से, मुख्य एम्पलीफायर प्रौद्योगिकियां डोपेड फाइबर एम्पलीफायर (जैसे। ईडीएफए), सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (एसओए) और फाइबर रमन एम्पलीफायर हैं। आज, हम इस पेपर में विभिन्न प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का अध्ययन और तुलना करने जा रहे हैं।
विभिन्न प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायरों की तुलना करने से पहले, फाइबर ऑप्टिक एम्पलीफायर पर करीब से नज़र डालते हैं। सामान्य तौर पर, एक पुनरावर्तक में एक रिसीवर और एक पैकेज में संयुक्त ट्रांसमीटर शामिल होता है। रिसीवर आने वाली ऑप्टिकल ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। रिसीवर का विद्युत उत्पादन ट्रांसमीटर के विद्युत इनपुट को चलाता है। ट्रांसमीटर का ऑप्टिकल आउटपुट ऑप्टिकल इनपुट सिग्नल प्लस शोर के एक प्रवर्धित संस्करण का प्रतिनिधित्व करता है। फाइबर-ऑप्टिक नेटवर्क के लिए रिपीटर काम नहीं करता है, जहां कई ट्रांसमीटर अलग-अलग बिट दर और अलग-अलग प्रारूपों में कई रिसीवर को सिग्नल भेजते हैं। हालांकि, एक पुनरावर्तक के विपरीत, एक ऑप्टिकल एम्पलीफायर सीधे विद्युत और विद्युत ऑप्टिकल परिवर्तन के बिना ऑप्टिकल संकेत को बढ़ाता है। इसके अलावा, एक आदर्श ऑप्टिकल एम्पलीफायर मल्टी-चैनल ऑपरेशन को यथासंभव एक तरंग दैर्ध्य बैंड का समर्थन कर सकता है, एक बड़ी गतिशील लाभ सीमा पर फ्लैट लाभ प्रदान करता है, एक उच्च संतृप्त आउटपुट पावर, कम शोर और प्रभावी क्षणिक दमन होता है। निम्नलिखित के रूप में ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के कई लाभ:
किसी भी बिट दर और सिग्नल प्रारूप का समर्थन करें
तरंग दैर्ध्य के पूरे क्षेत्र का समर्थन करें
WDM का उपयोग करके फाइबर-ऑप्टिक लिंक की क्षमता बढ़ाएं
पॉइंट-टू-पॉइंट लिंक ही नहीं, सभी-ऑप्टिकल नेटवर्क की क्षमता प्रदान करें
ठीक है, ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के संक्षिप्त परिचय के बाद, हम औपचारिक रूप से आज का मुख्य विषय शुरू करते हैं। जैसा कि हम ऊपर बात करते हैं, आज के एम्पलीफायर प्रौद्योगिकी के तीन मुख्य प्रकार हैं। उनमें से प्रत्येक का अपना कार्य सिद्धांत, विशेषताएं और अनुप्रयोग हैं। हम निम्नलिखित पैराग्राफ में एक-एक करके उनका वर्णन करेंगे।
डोपेड फाइबर एम्पलीफायर (विशिष्ट प्रतिनिधि: EDFA)
एर्बियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर (EDFA) सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला फाइबर-ऑप्टिक एम्पलीफायर है, जो मुख्य रूप से एर्बियम-डॉप्ड फाइबर (EDF), पंप प्रकाश स्रोत, ऑप्टिकल कप्लर्स, ऑप्टिकल आइसोलेटर्स, ऑप्टिकल फिल्टर और अन्य घटकों से बना है। उनमें, एक ट्रिब्यूटेंट एर्बियम आयन के रूप में एक ट्रेस अशुद्धता को ऑप्टिकल गुणों को बदलने और सिग्नल प्रवर्धन को बदलने के लिए ऑप्टिकल फाइबर की सिलिका कोर में डाला जाता है।
काम करने का सिद्धांत
EDFA का कार्य सिद्धांत पंप प्रकाश स्रोतों का उपयोग करना है, जिसमें सबसे अधिक अक्सर 980 एनएम के आसपास एक तरंग दैर्ध्य होता है और कभी-कभी 1450 एनएम के आसपास, एरियनियम आयनों (Er3 +) को 4I13 / 2 राज्य में (980-एनएम के मामले में) उत्तेजित करता है। 4I11 / 2) के माध्यम से पंप करना, जहां से वे 1.5-μm तरंग दैर्ध्य क्षेत्र में प्रकाश को उत्तेजित कर सकते हैं उत्तेजित जमीन के माध्यम से वापस 4I15 / 2 को राज्य में कई गुना।
EDFA के लाभ और नुकसान
लाभ
EDFA में उच्च पंप बिजली का उपयोग होता है (> 50%)
1550nm क्षेत्र में प्रत्यक्ष और एक साथ एक विस्तृत तरंग दैर्ध्य बैंड (> 80nm) को अपेक्षाकृत सपाट लाभ के साथ बढ़ाते हैं
सपाटपन को ऑप्टिकल फिल्टर हासिल करने से बेहतर बनाया जा सकता है
50 डीबी से अधिक प्राप्त करें
कम शोर आंकड़ा लंबी दौड़ अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है
नुकसान
EDFA का आकार छोटा नहीं है
इसे अन्य सेमीकंडक्टर डेविक्स के साथ एकीकृत नहीं किया जा सकता है
सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (SOA)
सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर एक प्रकार का ऑप्टिकल एम्पलीफायर है जो लाभ माध्यम प्रदान करने के लिए एक अर्धचालक का उपयोग करता है। उनके पास फेब्री-पेरोट लेजर डायोड के समान संरचना है लेकिन अंत चेहरों पर विरोधी प्रतिबिंब डिजाइन तत्वों के साथ। अन्य ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के विपरीत SOA को इलेक्ट्रॉनिक रूप से पंप किया जाता है (यानी सीधे एक लागू प्रवाह के माध्यम से), और एक अलग पंप लेजर की आवश्यकता नहीं होती है।
काम करने का सिद्धांत
1. एक ऑप्टिकल संकेत बढ़ाना उत्सर्जन उत्सर्जित।
2. अर्धचालक का सक्रिय क्षेत्र।
3. चालन बैंड पर इलेक्ट्रॉनों को पंप करने के लिए वर्तमान प्रवाह।
4. इनपुट संकेत एक प्रवर्धन प्राप्त करने के लिए वैलेंस बैंड के नीचे इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण को उत्तेजित करता है।
SOA के लाभ और नुकसान
लाभ
अर्धचालक ऑप्टिकल एम्पलीफायर छोटे आकार का और विद्युत पंप है।
यह EDFA की तुलना में संभावित कम खर्चीला हो सकता है और इसे सेमीकंडक्टर लेजर, मॉड्यूलेटर आदि के साथ एकीकृत किया जा सकता है।
सभी चार प्रकार के नॉनलाइनियर ऑपरेशन (क्रॉस गेन मॉड्यूलेशन, क्रॉस फेज मॉड्यूलेशन, वेवलेंथ रूपांतरण और फोर वेव मिक्सिंग) को समाप्त किया जा सकता है।
एसओए को कम पावर वाले लेजर से चलाया जा सकता है। यह लघु नैनोसेकंड या कम ऊपरी अवस्था के जीवनकाल से उत्पन्न होता है, जिससे कि लाभ तेजी से पंप या सिग्नल पावर के तेजी से प्रतिक्रिया करता है और लाभ के परिवर्तन भी चरण परिवर्तनों का कारण बनते हैं जो संकेतों को विकृत कर सकते हैं।
नुकसान
SOA का प्रदर्शन अभी भी EDFA के साथ तुलनीय नहीं है। SOA में उच्च क्षणिक समय के साथ उच्च शोर, कम लाभ, मध्यम ध्रुवीकरण निर्भरता और उच्च गैर-शुद्धता है।
फाइबर रमन एम्पलीफायर (एफआरए)
फाइबर रमन एम्पलीफायर (एफआरए) भी एक अपेक्षाकृत परिपक्व ऑप्टिकल एम्पलीफायर है। FRA में, उत्तेजित रमन बिखरने (SRS) के कारण ऑप्टिकल सिग्नल को बढ़ाया जाता है। सामान्य तौर पर, एफआरए को LRAed प्रकार में विभाजित किया जाता है जिसे LRA कहा जाता है और DRA नामक वितरित प्रकार। आमतौर पर पूर्व का फाइबर लाभ मीडिया 10 किमी के भीतर है। इसके अलावा, उच्च पंप शक्ति पर इसकी आवश्यकता होती है, आम तौर पर कुछ दर्जन वाटों में जो 40 डीबी या इससे अधिक लाभ प्राप्त कर सकते हैं। यह मुख्य रूप से ऑप्टिकल सिग्नल बैंड को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है, जिसमें EDFA संतुष्ट नहीं कर सकता है। डीआरए का फाइबर लाभ मीडिया आमतौर पर एलआरए से अधिक होता है, आमतौर पर दर्जनों किलोमीटर तक होता है जबकि पंप स्रोत की शक्ति सैकड़ों मेगावाट तक होती है। यह मुख्य रूप से DWDM संचार प्रणाली में उपयोग किया जाता है, सिस्टम के प्रदर्शन को सुधारने के लिए EDFA सहायक, नॉनलाइनियर प्रभाव को रोकता है, सिग्नल पावर की घटनाओं को कम करता है, सिग्नल को शोर अनुपात में सुधार करता है और ऑनलाइन एम्पलीफायर करता है।
काम करने का सिद्धांत
एफआरए का सिद्धांत उत्तेजित रमन स्कैटरिंग (एसआरएस) प्रभाव पर आधारित है। लाभ का माध्यम ऑप्टिकल फाइबर को बंद कर दिया गया है। रमन प्रभाव के रूप में जानी जाने वाली एक nonlinear ऑप्टिकल प्रक्रिया द्वारा पावर को ऑप्टिकल सिग्नल में स्थानांतरित किया जाता है। एक घटना फोटॉन आभासी स्थिति में एक इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करता है और उत्तेजित उत्सर्जन तब होता है जब इलेक्ट्रॉन कांच के अणु की कंपन स्थिति के लिए नीचे बह जाता है। स्टोक्स एक फोनन की प्रतिजन-ऊर्जा के अनुरूप बदलाव करते हैं, जो सभी ऑप्टिकल फाइबर के लिए लगभग 13.2 THz है।
एफआरए के लाभ और नुकसान
लाभ
चर तरंग दैर्ध्य प्रवर्धन संभव
स्थापित एसएम फाइबर के साथ संगत
EDFAs का विस्तार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है
एक स्पैन पर कम औसत शक्ति के परिणामस्वरूप, कम क्रॉस्स्टॉक के लिए अच्छा हो सकता है
बहुत ब्रॉडबैंड ऑपरेशन संभव हो सकता है
नुकसान
उच्च पंप बिजली आवश्यकताओं, उच्च पंप बिजली पराबैंगनीकिरण हाल ही में आए हैं
परिष्कृत लाभ नियंत्रण की आवश्यकता है
शोर भी एक मुद्दा है
सारांश
इन तीन प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के बारे में बात करने के बाद, हम निम्नलिखित तालिका के रूप में उनकी तुलना करते हैं।
