၁။ အမျိုးအစားခွဲခြားခြင်းFအိုင်ဘာAအသံချဲ့စက်များ
optical amplifier အမျိုးအစား အဓိက သုံးမျိုးရှိပါတယ်-
(1) တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း အလင်းချဲ့စက် (SOA၊ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း အလင်းချဲ့စက်);
(၂) ရှားပါးဒြပ်စင်များ (erbium Er၊ thulium Tm၊ praseodymium Pr၊ rubidium Nd စသည်ဖြင့် ရောစပ်ထားသော optical fiber amplifiers)၊ အဓိကအားဖြင့် erbium-doped fiber amplifiers (EDFA) အပြင် thulium-doped fiber amplifiers (TDFA) နှင့် praseodymium-doped fiber amplifiers (PDFA) စသည်တို့လည်း ပါဝင်သည်။
(၃) Nonlinear fiber amplifiers၊ အဓိကအားဖြင့် fiber Raman amplifiers (FRA၊ Fiber Raman Amplifier)။ ဤ optical amplifiers များ၏ အဓိကစွမ်းဆောင်ရည်နှိုင်းယှဉ်ချက်ကို ဇယားတွင်ပြသထားသည်။
EDFA (အာဘီယမ် ပေါင်းစပ်ထားသော ဖိုက်ဘာ ချဲ့စက်)
ကွာ့ဇ်ဖိုက်ဘာကို ရှားပါးဒြပ်စင်များ (ဥပမာ Nd၊ Er၊ Pr၊ Tm စသည်) နှင့် ရောစပ်ခြင်းဖြင့် multi-level laser စနစ်ကို ဖွဲ့စည်းနိုင်ပြီး input signal light ကို pump light ၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် တိုက်ရိုက် amplify လုပ်သည်။ သင့်လျော်သော feedback ပေးပြီးနောက် fiber laser ကို ဖွဲ့စည်းသည်။ Nd-doped fiber amplifier ၏ အလုပ်လုပ်သော wavelength မှာ 1060nm နှင့် 1330nm ဖြစ်ပြီး ၎င်း၏ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုနှင့် အသုံးချမှုသည် fiber optic ဆက်သွယ်ရေး၏ အကောင်းဆုံး sink port မှ သွေဖည်မှုနှင့် အခြားအကြောင်းရင်းများကြောင့် အကန့်အသတ်ရှိသည်။ EDFA နှင့် PDFA ၏ လည်ပတ်သော wavelength များသည် optical fiber ဆက်သွယ်ရေး၏ အနိမ့်ဆုံးဆုံးရှုံးမှု (1550nm) နှင့် သုညပျံ့နှံ့မှု wavelength (1300nm) တွင် အသီးသီးရှိပြီး TDFA သည် S-band တွင် လည်ပတ်ပြီး optical fiber ဆက်သွယ်ရေးစနစ် အသုံးချမှုများအတွက် အလွန်သင့်လျော်သည်။ အထူးသဖြင့် အလျင်မြန်ဆုံး ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုဖြစ်သည့် EDFA သည် လက်တွေ့ကျသည်။
ထိုPEDFA ၏ အခြေခံမူ
EDFA ၏ အခြေခံဖွဲ့စည်းပုံကို ပုံ ၁(က) တွင် ပြသထားပြီး၊ အဓိကအားဖြင့် တက်ကြွသော အလတ်စား (erbium-doped silica fiber သည် မီတာဆယ်ဂဏန်းခန့်ရှည်ပြီး core အချင်း ၃-၅ မိုက်ခရွန်နှင့် doping အာရုံစူးစိုက်မှု (၂၅-၁၀၀၀)x၁၀-၆)၊ pump light source (၉၉၀ သို့မဟုတ် ၁၄၈၀nm LD)၊ optical coupler နှင့် optical isolator တို့ဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည်။ signal light နှင့် pump light သည် erbium fiber တွင် တူညီသော ဦးတည်ချက် (codirectional pumping)၊ ဆန့်ကျင်ဘက် ဦးတည်ချက် (reverse pumping) သို့မဟုတ် နှစ်ဖက်စလုံး ဦးတည်ချက် (bidirectional pumping) ဖြင့် ပျံ့နှံ့နိုင်သည်။ signal light နှင့် pump light ကို erbium fiber ထဲသို့ တစ်ပြိုင်နက်တည်း ထိုးသွင်းသောအခါ၊ erbium ions များသည် pump light ၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် မြင့်မားသော စွမ်းအင်အဆင့်သို့ လှုံ့ဆော်ခံရပြီး (ပုံ ၁ (ခ)၊ အဆင့်သုံးဆင့်စနစ်)၊ metastable energy အဆင့်သို့ လျင်မြန်စွာ ယိုယွင်းသွားပြီး၊ incident signal light ၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် ground state သို့ ပြန်သွားသောအခါ၊ signal light နှင့် ကိုက်ညီသော photons များကို ထုတ်လွှတ်သောကြောင့် signal ကို ချဲ့ထွင်နိုင်သည်။ ပုံ ၁ (ဂ) သည် bandwidth ကြီးမားပြီး (20-40nm အထိ) 1530nm နှင့် 1550nm နှင့် ကိုက်ညီသော ထိပ်နှစ်ခုပါရှိသော ၎င်း၏ amplified spontaneous emission (ASE) spectrum ဖြစ်သည်။
EDFA ၏ အဓိက အားသာချက်များမှာ မြင့်မားသော gain၊ မြင့်မားသော bandwidth၊ မြင့်မားသော output power၊ မြင့်မားသော pump efficiency၊ နိမ့်သော insertion loss နှင့် polarization state ကို မထိခိုက်နိုင်ခြင်းတို့ ဖြစ်သည်။
၂။ ဖိုက်ဘာ အော့ပတစ် အမ်ပလီဖိုင်ယာများနှင့် ပတ်သက်သော ပြဿနာများ
optical amplifier (အထူးသဖြင့် EDFA) တွင် ထူးချွန်သော အားသာချက်များစွာရှိသော်လည်း ၎င်းသည် စံပြ amplifier မဟုတ်ပါ။ signal ၏ SNR ကို လျှော့ချပေးသည့် အပိုဆူညံသံအပြင်၊ အခြားချို့ယွင်းချက်အချို့လည်း ရှိပါသည်။ ဥပမာ-
- amplifier bandwidth အတွင်းရှိ gain spectrum မညီမျှခြင်းသည် multi-channel amplification စွမ်းဆောင်ရည်ကို ထိခိုက်စေပါသည်။
- optical amplifier များကို cascaded လုပ်သောအခါ၊ ASE noise၊ fiber dispersion နှင့် nonlinear effect များ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုများ စုပုံလာလိမ့်မည်။
ဤပြဿနာများကို အပလီကေးရှင်းနှင့် စနစ်ဒီဇိုင်းတွင် ထည့်သွင်းစဉ်းစားရပါမည်။
၃။ Optical Fiber Communication System တွင် Optical Amplifier ၏ အသုံးချမှု
အော့ပ်တစ်ဖိုက်ဘာ ဆက်သွယ်ရေးစနစ်တွင်၊ဖိုက်ဘာ အော့ပ်တီကယ် အသံချဲ့စက်၎င်းကို transmitter ၏ power boost amplifier အဖြစ်သာမက receiver ၏ sensitivity ကိုတိုးတက်စေရန်အတွက် preamplifier အဖြစ်လည်းအသုံးပြုနိုင်ပြီး transmission distance ကိုတိုးချဲ့ပြီး all-optical communication ကိုအကောင်အထည်ဖော်ရန်အတွက် traditional optical-electrical-optical repeater ကိုအစားထိုးနိုင်သည်။
optical fiber ဆက်သွယ်ရေးစနစ်များတွင်၊ ထုတ်လွှင့်မှုအကွာအဝေးကို ကန့်သတ်ထားသော အဓိကအချက်များမှာ optical fiber ဆုံးရှုံးမှုနှင့် ပျံ့နှံ့မှုဖြစ်သည်။ narrow-spectrum light source ကို အသုံးပြုခြင်း သို့မဟုတ် zero-dispersion wavelength အနီးတွင် အလုပ်လုပ်ခြင်းဖြင့် fiber dispersion ၏ သြဇာလွှမ်းမိုးမှုမှာ နည်းပါးသည်။ ဤစနစ်သည် relay station တစ်ခုစီတွင် signal timing regeneration (3R relay) အပြည့်အစုံ လုပ်ဆောင်ရန် မလိုအပ်ပါ။ optical amplifier (1R relay) ဖြင့် optical signal ကို တိုက်ရိုက် amplify လုပ်ရုံဖြင့် လုံလောက်ပါသည်။ Optical amplifier များကို အကွာအဝေးရှည် trunk စနစ်များတွင်သာမက optical fiber distribution network များတွင် အထူးသဖြင့် WDM စနစ်များတွင် channel များစွာကို တစ်ပြိုင်နက်တည်း amplify လုပ်ရန် အသုံးပြုနိုင်သည်။
၁) Trunk Optical Fiber Communication Systems တွင် Optical Amplifier များ အသုံးချခြင်း
ပုံ ၂ သည် trunk optical fiber ဆက်သွယ်ရေးစနစ်တွင် optical amplifier ကို အသုံးပြုပုံ၏ schematic diagram ဖြစ်သည်။ (က) ပုံတွင် optical amplifier ကို transmitter ၏ power boost amplifier နှင့် receiver ၏ preamplifier အဖြစ် အသုံးပြုထားသောကြောင့် non-relay အကွာအဝေးကို နှစ်ဆတိုးစေပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ EDFA ကို လက်ခံအသုံးပြုခြင်းဖြင့် system transmission ကို 1.8Gb/s အကွာအဝေးသည် 120km မှ 250km အထိ တိုးလာသည် သို့မဟုတ် 400km အထိပင် ရောက်ရှိသည်။ ပုံ ၂ (ခ)-(ဃ) သည် multi-relay စနစ်များတွင် optical amplifier များ၏ အသုံးချမှုဖြစ်သည်။ ပုံ (ခ) သည် ရိုးရာ 3R relay mode ဖြစ်သည်။ ပုံ (ဂ) သည် 3R repeaters နှင့် optical amplifier များ၏ ရောနှော relay mode ဖြစ်သည်။ ပုံ ၂ (ဃ) ၎င်းသည် all-optical relay mode ဖြစ်သည်။ all-optical communication system တွင် timing နှင့် regeneration circuits မပါဝင်သောကြောင့် bit-transparent ဖြစ်ပြီး “electronic bottle whisker” ကန့်သတ်ချက် မရှိပါ။ နှစ်ဖက်စလုံးရှိ ပေးပို့ခြင်းနှင့် လက်ခံခြင်း equipment များကို အစားထိုးသရွေ့ low rate မှ high rate သို့ အဆင့်မြှင့်တင်ရန် လွယ်ကူပြီး optical amplifier ကို အစားထိုးရန် မလိုအပ်ပါ။
၂) Optical Fiber Distribution Network တွင် Optical Amplifier ၏ အသုံးချမှု
optical amplifier များ (အထူးသဖြင့် EDFA) ၏ မြင့်မားသော ပါဝါထွက်ရှိမှု အားသာချက်များသည် broadband distribution network များတွင် အလွန်အသုံးဝင်ပါသည် (ဥပမာCATVကွန်ရက်များ)။ ရိုးရာ CATV ကွန်ရက်သည် coaxial cable ကို အသုံးပြုထားပြီး မီတာရာပေါင်းများစွာတိုင်း ချဲ့ထွင်ရန် လိုအပ်ပြီး ကွန်ရက်၏ ဝန်ဆောင်မှုအချင်းဝက်မှာ ၇ ကီလိုမီတာခန့်ရှိသည်။ optical amplifier များကို အသုံးပြုသည့် optical fiber CATV ကွန်ရက်သည် ဖြန့်ဝေထားသော အသုံးပြုသူအရေအတွက်ကို များစွာတိုးမြှင့်ပေးနိုင်ရုံသာမက ကွန်ရက်လမ်းကြောင်းကိုလည်း များစွာတိုးချဲ့ပေးနိုင်သည်။ မကြာသေးမီက ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုများအရ optical fiber/hybrid (HFC) ဖြန့်ဖြူးမှုသည် နှစ်မျိုးလုံး၏ အားသာချက်များကို ဆွဲဆောင်ပြီး ယှဉ်ပြိုင်နိုင်စွမ်း မြင့်မားကြောင်း ပြသထားသည်။
ပုံ ၄ သည် တီဗီချန်နယ် ၃၅ ခု၏ AM-VSB modulation အတွက် optical fiber distribution network ၏ ဥပမာတစ်ခုဖြစ်သည်။ transmitter ၏ အလင်းအရင်းအမြစ်မှာ 1550nm wavelength နှင့် 3.3dBm output power ရှိသော DFB-LD ဖြစ်သည်။ 4-level EDFA ကို power distribution amplifier အဖြစ်အသုံးပြုခြင်းဖြင့် ၎င်း၏ input power မှာ -6dBm ခန့်ရှိပြီး output power မှာ 13dBm ခန့်ရှိသည်။ Optical receiver sensitivity -9.2d Bm။ ဖြန့်ဖြူးမှုအဆင့် ၄ ဆင့်ပြီးနောက် အသုံးပြုသူစုစုပေါင်း ၄.၂ သန်းအထိ ရောက်ရှိခဲ့ပြီး network path မှာ ကီလိုမီတာ ဆယ်ဂဏန်းကျော်ရှိသည်။ စမ်းသပ်မှု၏ weighted signal-to-noise ratio သည် 45dB ထက် ပိုများပြီး EDFA သည် CSO ကို လျော့ကျစေခြင်းမရှိပါ။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၃ ခုနှစ်၊ ဧပြီလ ၂၃ ရက်