គោលការណ៍ និងការអនុវត្តឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃ EDFA ដែលមានសារធាតុ erbium doped
រចនាសម្ព័ន្ធជាមូលដ្ឋាននៃEDFAឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ erbium ដែលភាគច្រើនផ្សំឡើងពីឧបករណ៍ផ្ទុកសកម្ម (សរសៃ quartz ដែលមានសារធាតុ doping ប្រវែងរាប់សិបម៉ែត្រ អង្កត់ផ្ចិតស្នូល 3-5 មីក្រូ កំហាប់សារធាតុ doping (25-1000) x10-6) ប្រភពពន្លឺបូម (990 ឬ 1480nm LD) ឧបករណ៍ភ្ជាប់អុបទិក និងឧបករណ៍ញែកអុបទិក។ ពន្លឺសញ្ញា និងពន្លឺបូមអាចសាយភាយក្នុងទិសដៅដូចគ្នា (បូមរួមគ្នា) ទិសដៅផ្ទុយ (បូមបញ្ច្រាស) ឬទិសដៅទាំងពីរ (បូមទ្វេទិស) នៅក្នុងសរសៃ Erbium។ នៅពេលដែលពន្លឺសញ្ញា និងពន្លឺបូមត្រូវបានចាក់ចូលទៅក្នុងសរសៃ Erbium ក្នុងពេលតែមួយ អ៊ីយ៉ុង Erbium ត្រូវបានរំភើបដល់កម្រិតថាមពលខ្ពស់ (ប្រព័ន្ធបីកម្រិត) ក្រោមសកម្មភាពនៃពន្លឺបូម ហើយឆាប់រលួយទៅកម្រិត metastable។ នៅពេលដែលវាត្រឡប់ទៅសភាពដីវិញក្រោមសកម្មភាពនៃពន្លឺសញ្ញាឧប្បត្តិហេតុ ហ្វូតុងដែលត្រូវគ្នានឹងពន្លឺសញ្ញាត្រូវបានបញ្ចេញ ដូច្នេះសញ្ញាត្រូវបានពង្រីក។ វិសាលគមនៃការបញ្ចេញពន្លឺដោយឯកឯងដែលបានពង្រីក (ASE) របស់វាមានកម្រិតបញ្ជូនពន្លឺធំ (រហូតដល់ 20-40 nm) ហើយមានកំពូលពីរដែលត្រូវនឹង 1530 nm និង 1550 nm រៀងៗខ្លួន។
គុណសម្បត្តិចម្បងនៃឧបករណ៍ពង្រីកសំឡេង EDFAគឺកម្រិតទទួលខ្ពស់ កម្រិតបញ្ជូនធំ ថាមពលទិន្នផលខ្ពស់ ប្រសិទ្ធភាពបូមខ្ពស់ ការបាត់បង់ការបញ្ចូលទាប និងមិនងាយរងឥទ្ធិពលចំពោះស្ថានភាពប៉ូឡារីសេ។
គោលការណ៍ធ្វើការរបស់ឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ erbium
ឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ Erbium (ឧបករណ៍ពង្រីកអុបទិក EDFA) ភាគច្រើនផ្សំឡើងពីជាតិសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ erbium (ប្រវែងប្រហែល 10-30 ម៉ែត្រ) និងប្រភពពន្លឺបូម។ គោលការណ៍ការងារគឺថា ជាតិសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ erbium បង្កើតវិទ្យុសកម្មរំញោចក្រោមសកម្មភាពរបស់ប្រភពពន្លឺបូម (រលកពន្លឺ 980 nm ឬ 1480 nm) ហើយពន្លឺដែលបញ្ចេញនឹងផ្លាស់ប្តូរជាមួយនឹងការផ្លាស់ប្តូរសញ្ញាពន្លឺបញ្ចូល ដែលស្មើនឹងការពង្រីកសញ្ញាពន្លឺបញ្ចូល។ លទ្ធផលបង្ហាញថា ការកើនឡើងនៃឧបករណ៍ពង្រីកជាតិសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ Erbium ជាធម្មតាគឺ 15-40db ហើយចម្ងាយបញ្ជូនតអាចកើនឡើងជាង 100 គីឡូម៉ែត្រ។ ដូច្នេះ មនុស្សមិនអាចជួយអ្វីបានក្រៅពីសួរថា ហេតុអ្វីបានជាអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រគិតអំពីការប្រើប្រាស់សារធាតុ erbium ដែលមានផ្ទុកសារធាតុនៅក្នុងឧបករណ៍ពង្រីកជាតិសរសៃដើម្បីបង្កើនអាំងតង់ស៊ីតេនៃរលកពន្លឺ? យើងដឹងថាសារធាតុ erbium គឺជាធាតុដ៏កម្រ ហើយធាតុដ៏កម្រមានលក្ខណៈរចនាសម្ព័ន្ធពិសេសរបស់វា។ ការប្រើប្រាស់សារធាតុ erbium ដែលមានផ្ទុកសារធាតុកម្រនៅក្នុងឧបករណ៍អុបទិកត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាយូរមកហើយដើម្បីកែលម្អដំណើរការនៃឧបករណ៍អុបទិក ដូច្នេះនេះមិនមែនជាកត្តាចៃដន្យទេ។ លើសពីនេះ ហេតុអ្វីបានជារលកពន្លឺនៃប្រភពពន្លឺស្នប់ត្រូវបានជ្រើសរើសនៅ 980nm ឬ 1480nm? តាមពិតទៅ រលកពន្លឺនៃប្រភពពន្លឺស្នប់អាចមាន 520nm, 650nm, 980nm និង 1480nm ប៉ុន្តែការអនុវត្តបានបង្ហាញថា រលកពន្លឺនៃឡាស៊ែរប្រភពពន្លឺស្នប់ 1480nm គឺមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់បំផុត បន្ទាប់មកគឺរលកពន្លឺនៃប្រភពពន្លឺស្នប់ 980nm។
រចនាសម្ព័ន្ធរូបវន្ត
រចនាសម្ព័ន្ធមូលដ្ឋាននៃឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ erbium (ឧបករណ៍ពង្រីកអុបទិក EDFA)។ មានឧបករណ៍ញែកមួយនៅចុងបញ្ចូល និងចុងបញ្ចេញ គោលបំណងគឺដើម្បីធ្វើឱ្យសញ្ញាអុបទិកបញ្ជូនតែមួយផ្លូវ។ ឧបករណ៍រំញោចស្នប់មានរលកពន្លឺ 980nm ឬ 1480nm ហើយត្រូវបានប្រើដើម្បីផ្តល់ថាមពល។ មុខងាររបស់ឧបករណ៍ភ្ជាប់គឺដើម្បីភ្ជាប់សញ្ញាអុបទិកបញ្ចូល និងពន្លឺស្នប់ទៅក្នុងសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ erbium ហើយផ្ទេរថាមពលនៃពន្លឺស្នប់ទៅសញ្ញាអុបទិកបញ្ចូលតាមរយៈសកម្មភាពរបស់សរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ erbium ដើម្បីសម្រេចបាននូវការពង្រីកថាមពលនៃសញ្ញាអុបទិកបញ្ចូល។ ដើម្បីទទួលបានថាមពលអុបទិកទិន្នផលខ្ពស់ និងសន្ទស្សន៍សំឡេងទាប ឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃដែលមានផ្ទុកសារធាតុ Erbium ដែលប្រើក្នុងការអនុវត្តអនុវត្តរចនាសម្ព័ន្ធនៃប្រភពស្នប់ពីរ ឬច្រើនដែលមានឧបករណ៍ញែកនៅចំកណ្តាលដើម្បីញែកគ្នាទៅវិញទៅមក។ ដើម្បីទទួលបានខ្សែកោង gain កាន់តែទូលំទូលាយ និងរាបស្មើ តម្រង gain flattening ត្រូវបានបន្ថែម។
EDFA មានផ្នែកសំខាន់ៗចំនួនប្រាំគឺ ជាតិសរសៃ Erbium-doped (EDF) ឧបករណ៍ភ្ជាប់អុបទិក (WDM) ឧបករណ៍ញែកអុបទិក (ISO) តម្រងអុបទិក និងការផ្គត់ផ្គង់បូម។ ប្រភពបូមដែលប្រើជាទូទៅរួមមាន 980nm និង 1480nm ហើយប្រភពបូមទាំងពីរនេះមានប្រសិទ្ធភាពបូមខ្ពស់ជាង និងត្រូវបានប្រើប្រាស់ច្រើនជាង។ មេគុណសំឡេងរំខានប្រភពពន្លឺបូម 980nm គឺទាបជាង។ ប្រភពពន្លឺបូម 1480nm មានប្រសិទ្ធភាពបូមខ្ពស់ជាង និងអាចទទួលបានថាមពលទិន្នផលធំជាង (ខ្ពស់ជាងប្រភពពន្លឺបូម 980nm ប្រហែល 3dB)។
អត្ថប្រយោជន៍
1. រលកប្រតិបត្តិការគឺស្របនឹងបង្អួចកាត់បន្ថយអប្បបរមានៃជាតិសរសៃរបៀបតែមួយ។
2. ប្រសិទ្ធភាពភ្ជាប់ខ្ពស់។ ដោយសារតែវាជាឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃ វាងាយស្រួលក្នុងការភ្ជាប់ជាមួយសរសៃបញ្ជូន។
៣. ប្រសិទ្ធភាពបំលែងថាមពលខ្ពស់។ ស្នូលនៃ EDF មានទំហំតូចជាងស្នូលនៃសរសៃបញ្ជូន ហើយពន្លឺសញ្ញា និងពន្លឺបូមត្រូវបានបញ្ជូនក្នុងពេលដំណាលគ្នានៅក្នុង EDF ដូច្នេះសមត្ថភាពអុបទិកមានកំហាប់ខ្ពស់។ នេះធ្វើឱ្យអន្តរកម្មរវាងពន្លឺ និងឧបករណ៍ផ្ទុកទទួលបានអ៊ីយ៉ុង Er ពេញលេញ រួមផ្សំជាមួយនឹងប្រវែងសមស្របនៃសរសៃដែលមានដូប erbium ដូច្នេះប្រសិទ្ធភាពបំលែងថាមពលពន្លឺគឺខ្ពស់។
៤. ការកើនឡើងខ្ពស់ សន្ទស្សន៍សំឡេងទាប ថាមពលទិន្នផលធំ ការឆ្លងចរន្តទាបរវាងឆានែល។
៥. លក្ខណៈនៃការឡើងកម្ដៅដែលមានស្ថិរភាព៖ EDFA មិនងាយរងឥទ្ធិពលនឹងសីតុណ្ហភាពទេ ហើយការឡើងកម្ដៅមានទំនាក់ទំនងតិចតួចជាមួយនឹងប៉ូលនីយកម្ម។
៦. មុខងារទទួលបានទិន្នន័យគឺឯករាជ្យពីអត្រាប៊ីតប្រព័ន្ធ និងទម្រង់ទិន្នន័យ។
ចំណុចខ្វះខាត
១. ឥទ្ធិពលមិនមែនលីនេអ៊ែរ៖ EDFA ពង្រីកថាមពលអុបទិកដោយបង្កើនថាមពលអុបទិកដែលចាក់ចូលទៅក្នុងសរសៃអុបទិក ប៉ុន្តែកាន់តែធំកាន់តែល្អ។ នៅពេលដែលថាមពលអុបទិកត្រូវបានបង្កើនដល់កម្រិតជាក់លាក់មួយ ឥទ្ធិពលមិនមែនលីនេអ៊ែរនៃសរសៃអុបទិកនឹងត្រូវបានបង្កើតឡើង។ ដូច្នេះ នៅពេលប្រើឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃអុបទិក គួរយកចិត្តទុកដាក់ចំពោះតម្លៃនៃការគ្រប់គ្រងថាមពលសរសៃអុបទិកចូលឆានែលតែមួយ។
2. ជួររលកពន្លឺដែលទទួលបានគឺថេរ៖ ជួររលកពន្លឺការងាររបស់ C-band EDFA គឺ 1530nm~1561nm; ជួររលកពន្លឺការងាររបស់ L-band EDFA គឺ 1565nm~1625nm។
៣. កម្រិតបញ្ជូនសញ្ញាមិនស្មើគ្នា៖ កម្រិតបញ្ជូនសញ្ញារបស់ឧបករណ៍ពង្រីកសរសៃដែលមានដូបអារប៊ីញ៉ូម EDFA គឺទូលំទូលាយណាស់ ប៉ុន្តែវិសាលគមនៃសញ្ញារបស់ EDF ខ្លួនវាមិនរាបស្មើទេ។ តម្រងសញ្ញារាបស្មើត្រូវតែត្រូវបានអនុម័តដើម្បីរាបស្មើកម្រិតសញ្ញាក្នុងប្រព័ន្ធ WDM។
៤. បញ្ហាការកើនឡើងពន្លឺ៖ នៅពេលដែលផ្លូវពន្លឺមានលក្ខណៈធម្មតា អ៊ីយ៉ុងអឺប៊ីញ៉ូមដែលត្រូវបានជំរុញដោយពន្លឺស្នប់ត្រូវបាននាំទៅឆ្ងាយដោយពន្លឺសញ្ញា ដោយហេតុនេះបញ្ចប់ការពង្រីកពន្លឺសញ្ញា។ ប្រសិនបើពន្លឺបញ្ចូលត្រូវបានកាត់ខ្លី ដោយសារតែអ៊ីយ៉ុងអឺប៊ីញ៉ូមដែលអាចផ្លាស់ប្តូរបានបន្តកកកុញ នៅពេលដែលការបញ្ចូលពន្លឺសញ្ញាត្រូវបានស្តារឡើងវិញ ថាមពលនឹងលោតឡើង ដែលបណ្តាលឱ្យមានការកើនឡើងពន្លឺ។
៥. ដំណោះស្រាយចំពោះការកើនឡើងអុបទិកគឺត្រូវដឹងពីមុខងារកាត់បន្ថយថាមពលអុបទិកដោយស្វ័យប្រវត្តិ (APR) ឬបិទថាមពលអុបទិកដោយស្វ័យប្រវត្តិ (APSD) នៅក្នុង EDFA ពោលគឺ EDFA កាត់បន្ថយថាមពលដោយស្វ័យប្រវត្តិ ឬបិទថាមពលដោយស្វ័យប្រវត្តិនៅពេលគ្មានពន្លឺបញ្ចូល ដោយហេតុនេះទប់ស្កាត់ការកើតឡើងនៃបាតុភូតការកើនឡើង។
របៀបកម្មវិធី
១. ឧបករណ៍ពង្រីកសញ្ញាជំរុញ (boost amplifier) ត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើនថាមពលនៃសញ្ញារលកច្រើនបន្ទាប់ពីរលកជំរុញ ហើយបន្ទាប់មកបញ្ជូនវា។ ដោយសារថាមពលសញ្ញាបន្ទាប់ពីរលកជំរុញជាទូទៅមានទំហំធំ សន្ទស្សន៍សំឡេងរំខាន និងការកើនឡើងនៃថាមពលរបស់ឧបករណ៍ពង្រីកសញ្ញាមិនខ្ពស់ខ្លាំងទេ។ វាមានថាមពលទិន្នផលធំល្មម។
2. ឧបករណ៍ពង្រីកសំឡេងតាមខ្សែ បន្ទាប់ពីឧបករណ៍ពង្រីកថាមពល ត្រូវបានប្រើដើម្បីទូទាត់សងជាប្រចាំនូវការបាត់បង់ការបញ្ជូនសំឡេងតាមខ្សែ ជាទូទៅតម្រូវឱ្យមានសន្ទស្សន៍សំឡេងរំខានទាប និងថាមពលអុបទិកទិន្នផលខ្ពស់។
៣. ឧបករណ៍ពង្រីកសញ្ញាជាមុន៖ មុនពេលឧបករណ៍បំបែក និងបន្ទាប់ពីឧបករណ៍ពង្រីកសញ្ញាតាមខ្សែ វាត្រូវបានប្រើដើម្បីពង្រីកសញ្ញា និងបង្កើនភាពរសើបរបស់ឧបករណ៍ទទួល (ក្នុងករណីដែលសមាមាត្រសញ្ញាអុបទិកទៅនឹងសំឡេងរំខាន (OSNR) បំពេញតាមតម្រូវការ ថាមពលបញ្ចូលធំជាងអាចទប់ស្កាត់សំឡេងរំខានរបស់ឧបករណ៍ទទួល និងបង្កើនភាពរសើបរបស់ឧបករណ៍ទទួល) ហើយសន្ទស្សន៍សំឡេងរំខានគឺតូចណាស់។ មិនមានតម្រូវការធំលើថាមពលទិន្នផលទេ។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ១៧ ខែមីនា ឆ្នាំ ២០២៥