تقویت کننده لیزری توزیع

تعریف: تقویت کننده فیبر در پیوند داده فیبر نوری، فرآیند تقویتی که روی یک فیبر انتقال بسیار طولانی اتفاق می افتد.

برای پیوندهای فیبر طولانی که در انتقال داده از راه دور استفاده می‌شوند، یک یا چند تقویت‌کننده فیبر برای اطمینان از قدرت سیگنال کافی در گیرنده و حفظ نسبت سیگنال به نویز کافی و در عین حال اطمینان از نرخ خطای بیت مورد نیاز است. در بسیاری از موارد، این تقویت کننده ها گسسته هستند، با چند متر فیبر خاکی کمیاب دوپ شده، توسط لیزر دایود همراه با فیبر پمپ می شوند، گاهی اوقات به عنوان بخشی از فرستنده یا درست در جلوی گیرنده، یا در وسط انتقال. فیبر در جایی استفاده می شود همچنین می توان از تقویت کننده توزیع شده در فیبر انتقال استفاده کرد. نور پمپ معمولاً در درگاه گیرنده یا فرستنده تزریق می شود یا هر دو پورت به طور همزمان تزریق می شوند. این تقویت کننده توزیع شده ممکن است به بهره کلی مشابهی برسد، اما بهره در واحد طول بسیار کمتر است. این بدان معنی است که این می تواند سطح توان سیگنال معقولی را در حضور تلفات انتقال حفظ کند، به جای اینکه قدرت را چند دسی بل افزایش دهد.

مزایا و معایب:

یکی از مزیت‌های استفاده از تقویت‌کننده‌های توزیع‌شده، ایجاد نویز کمتر تقویت‌کننده در پیوند است. این عمدتاً به این دلیل است که قدرت سیگنال در تمام مدت حفظ می شود و نه در درجه بسیار پایین، همانطور که در مورد تقویت کننده های گسسته وجود دارد. سپس می توان پیک قدرت سیگنال را بدون اضافه کردن نویز تقویت کننده کاهش داد. این در واقع اثرات بالقوه مضر غیرخطی فیبر را کاهش می دهد.

یک نقطه ضعف بزرگ تقویت کننده های توزیع شده نیاز به قدرت پمپ بالاتر است. این امر در مورد تقویت‌کننده‌های رامان و تقویت‌کننده‌های خاکی کمیاب که در زیر مورد بحث قرار گرفته‌اند، صدق می‌کند.

مزایای انواع مختلف تقویت کننده ها به سیستم انتقال و ویژگی های آن بستگی دارد. برای مثال، برای سیستم‌هایی که صرفاً بر پایه سالیتون‌ها هستند، فاکتورهای مهمی که باید در نظر گرفته شوند، محدوده طول موج و پهنای باند سیگنال هستند.

تقویت کننده لیزری توزیع شده

تقویت کننده های توزیع را می توان به دو شکل مختلف پیاده سازی کرد. روش اول استفاده از فیبر انتقالی است که حاوی برخی یون‌های خاکی کمیاب مانند یون‌های اربیوم است، اما غلظت دوپینگ باید بسیار کمتر از فیبرهای تقویت‌کننده معمولی باشد. اگرچه فیبر سیلیس معمولاً برای ارتباطات استفاده می شود، حلالیت آن در یون های خاکی کمیاب بسیار کم است و دوپینگ کم می تواند از اثرات خاموش کننده جلوگیری کند. با این حال، از آنجایی که فیبر نوری انتقال دارای محدودیت های دیگری نیز می باشد، بهینه سازی فیبر نوری برای داشتن پهنای باند بهره زیاد دشوار است. به طور خاص، هر دوپینگ تلفات انتقال را افزایش می دهد، که در تقویت کننده های گسسته کوتاه مشکل جدی نیست.

از آنجایی که نور پمپ تقویت کننده توزیع شده نیز باید در مسافت طولانی منتقل شود، از دست دادن انتقال را تجربه خواهد کرد. اگر طول موج پمپ بسیار کوچکتر از طول موج سیگنال باشد، تلفات حتی بیشتر از نور سیگنال است. بنابراین، تقویت‌کننده‌های دوپ شده با اربیوم با توزیع طولانی، به جای نور 980 نانومتری معمولی، باید از نور پمپ 1.45 میکرونی استفاده کنند. این به نوبه خود محدودیت های بیشتری در شکل طیفی بهره تقویت کننده ایجاد می کند. حتی با طول موج های بلند پمپ، به دلیل تلفات پمپ در مقایسه با تقویت کننده های فیبر گسسته، نیاز به توان پمپ بیشتر است.

تقویت کننده رامان توزیع شده

نوع دیگری از تقویت کننده های توزیع شده تقویت کننده رامان است که نیازی به دوپینگ خاکی کمیاب ندارد. در عوض، از پراکندگی رامان تحریک شده برای دستیابی به فرآیند تقویت استفاده می کند. به همین ترتیب، بهینه سازی فیبرهای انتقال برای فرآیندهای تقویت رامان دشوار است زیرا تلفات انتقال باید کم باشد و نور پمپ نیز تلفات انتقال را تجربه می کند. بنابراین، قدرت پمپ بسیار بالایی مورد نیاز است.

طیف بهره منبع پمپ به ترکیب شیمیایی هسته فیبر بستگی دارد. با ترکیب طول موج‌های پمپ مختلف می‌توان به طیف بهره وسیع‌تر تنظیم‌شده دست یافت.