مضخم الألياف 1550NM EDFA: التكنولوجيا الرئيسية والتطوير المستقبلي لشبكة الاتصالات البصرية

في أنظمة الاتصال البصرية الحديثة ، من أجل التغلب على مشكلة التوهين للإشارات البصرية في انتقال المسافات الطويلة ، أصبح استخدام مكبرات الصوت البصرية هو التكنولوجيا السائدة. من بينها ، 1550 نانومتر EDFA (مضخم الألياف المخبأ Erbium) هو الأكثر شيوعًا واستخدامًا على نطاق واسع. نظرًا لأن الطول الموجي 1550nm في النافذة منخفضة الخسارة للتواصل الألياف الضوئية ، فإن تقنية EDFA يمكن أن تزيد بشكل كبير من مسافة نقل الإشارة وتصبح جهازًا رئيسيًا في شبكات الاتصال البصرية.
EDFA هو مكبر للصوت بصري يعتمد على الألياف المزججة erbium (EDF). يتمثل مبدأ عمله الأساسي في إثارة أيونات إيربيوم المزدحمة من خلال الليزر المضخة لتضخيم الإشارات الضوئية للمدخلات ضمن نطاق الطول الموجي 1550nm. العملية المحددة هي كما يلي:
إثارة المضخة: عادةً ما يستخدم EDFA ليزر مضخة 980nm أو 1480nm لتوفير الطاقة.
انتقال مستوى الطاقة: يثير مضخة ضوء أيونات الإربيوم المخففة ، مما تسبب في انتقالها من الحالة الأرضية إلى مستوى الطاقة العالية وتبقى في حالة متحمسة.
تضخيم الإشعاع المحفزة: عندما يمر ضوء الإشارة 1550 نانومتر عبر الألياف المزخرفة بالإربيوم ، فإن أيونات الإربيوم المتحمسة من الإربيوم ستنبعث من الفوتونات عن طريق الإشعاع المحفز ، وبالتالي تعزيز شدة ضوء الإشارة وتحقيق تضخيم الإشارة البصرية.
لا تتطلب آلية التضخيم البصري لـ EDFA تحويل الإشارة إلى إشارة كهربائية ، لذلك لها مزايا المكاسب العالية والضوضاء المنخفضة وتضخيم النطاق العريض ، وهي مناسبة جدًا لأنظمة الاتصال البصرية ذات السعة الكبيرة.
مكاسب عالية وطاقة الإخراج المشبعة عالية
يوفر EDFA ربحًا كبيرًا في نطاق الطول الموجي 1550nm (عمومًا ما يصل إلى 20-40dB) ، والذي يمكن أن يعوض بشكل فعال الخسارة في انتقال الألياف البصرية لمسافات طويلة.
يمكن أن تصل طاقة الإخراج عادة إلى 10dbm إلى 30 ديسيبل ، وهي مناسبة لمجموعة متنوعة من تطبيقات الشبكة البصرية.
الشكل المنخفض الضوضاء (NF)
نظرًا لخصائص الانبعاثات المحفزة للأيونات المخففة Erbium ، فإن EDFA لديها رقم ضوضاء منخفض (القيمة النموذجية حوالي 4.5-6db) ، مما يساعد على الحفاظ على جودة الإشارات البصرية.
تضخيم النطاق العريض
عرض النطاق الترددي 1550 نانومتر مكبر للصوت يمكن عادةً تغطية 1530nm-1565nm (النطاق C) أو 1570nm-1605nm (L-band) ، وهو مناسب لنظام WDM (تعدد الأطوار ذات الطول الموجي) لتحقيق تضخيم متزامن لإشارات الطول الموجي متعدد الموجة.
التضخيم البصري ، لا يوجد تحويل كهروضوئي مطلوب
يمكن لـ EDFA تضخيم الإشارات البصرية مباشرة دون تحويلها إلى إشارات كهربائية وإعادة تشكيلها ، مما يقلل من تعقيد النظام واستهلاك الطاقة وتحسين كفاءة الإرسال.

موثوقية عالية وتكلفة الصيانة المنخفضة
نظرًا لأن EDFA يستخدم الألياف الضوئية كوسيط الكسب وليس له مكونات تضخيم إلكترونية معقدة في الداخل ، فإنها تتمتع بعمر طويل واستقرار عالي ويستخدم على نطاق واسع في أنظمة اتصال الألياف الضوئية لمسافات طويلة.
1. اتصال الألياف الضوئية الطويلة
في أنظمة الاتصالات الألياف الضوئية ، ستخفف الإشارات بسبب فقدان الألياف البصرية أثناء الإرسال. يمكن استخدام EDFA كمكبر للصوت في خط الجذع الألياف ، مما يسمح بإرسال الإشارة مئات أو حتى آلاف الكيلومترات دون خسارة ، ويستخدم على نطاق واسع في:
شبكة العمود الفقري
شبكة منطقة متروبوليتان (مان) وشبكة منطقة واسعة (WAN)
نظام الاتصالات الكابل الغواصة
2. نظام DWDM (تعدد الإرسال الكثيف)
تتيح تقنية DWDM (تعدد الإرسال الكثيف للتقسيم الموجي) نقل إشارات متعددة الطول الموجي في نفس الألياف البصرية ، مما يؤدي إلى تحسين معدل استخدام الألياف البصرية. يمكن لـ EDFA تضخيم إشارات الطول الموجي المتعددة في وقت واحد في النطاق C أو L Land ، وهو الجهاز الأساسي في نظام DWDM.
3. CATV (تلفزيون الكابل) نقل الألياف
في شبكات الألياف إلى المنزل (FTTH) وشبكات تلفزيون الكابل (CATV) ، يتم استخدام 1550 نانومتر EDFA لتضخيم توزيع الإشارات لدعم عدة أطراف المستخدمين لتلقي إشارات الفيديو والصوت والبيانات عالية الجودة.
4.
يستخدم EDFA أيضًا في أنظمة الاستشعار البصرية للألياف والألياف لتوفير إمكانات تضخيم بصرية قوية للكشف عن المسافات الطويلة والقياس عالي الدقة.
من خلال التطوير المستمر لتكنولوجيا الاتصالات البصرية ، تتطور EDFA 1550nm نحو أداء أعلى ، وانخفاض استهلاك الطاقة واتجاه أكثر ذكاءً:
تقنية ضخ أكثر كفاءة
استخدم ليزر مضخة مضخة أعلى 980 نانومتر لتحسين كفاءة التضخيم وتقليل استهلاك الطاقة.
جنبا إلى جنب مع خوارزمية إدارة المضخة المتقدمة ، يمكن تحقيق التحكم في الطاقة الأكثر دقة.
القدرة على تضخيم النطاق العريض
في المستقبل ، ستقوم EDFA بتوسيع نطاق النطاق الترددي للربح لدعم أنظمة DWDM ذات السعة الأكبر وتحسين إنتاجية اتصال الألياف البصرية.
التكامل والتصغير
من خلال الاندماج مع الرقاقة المتكاملة للبصرية (PIC) ، تم تطوير EDFA أكثر إحكاما وأكثر تكاملاً لتلبية احتياجات مراكز البيانات والشبكات البصرية من الجيل التالي.
الإدارة الذكية والمراقبة عن بُعد
اعتماد الذكاء الاصطناعي ونظام المراقبة الذكي لتحقيق تنظيم الطاقة في الوقت الحقيقي وتشخيص الأعطال ، وتحسين كفاءة تشغيل الشبكة.
نظرًا لأن المعدات الأساسية في نظام الاتصالات البصرية ، يلعب مضخم الألياف 1550nm EDFA دورًا مهمًا في التواصل الألياف الضوئية للمسافة الطويلة ، ونظام DWDM ، وشبكة CATV ، واستشعار الألياف الضوئية مع ارتفاعها ، وخصائص ضوضاء منخفضة وخصائص النطاق العريض. مع استمرار نمو الطلب على الاتصالات البصرية ، تتطور تقنية EDFA أيضًا. في المستقبل ، سوف يتطور في اتجاه أكبر الكفاءة والذكاء والتكامل ، مما يوفر دعمًا قويًا لتطوير الشبكات البصرية العالمية .