DWDM היא טכנולוגיית שידור בתקשורת סיבים אופטיים. הוא משתמש בסיב אופטי אחד להעברת אותות נושא אופטיים מרובים באורכי גל שונים בו זמנית, ומחלק את טווח אורכי הגל המשמש את הסיב האופטי למספר ערוצים. הערוץ משדר אותות אופטיים. לכן, DWDM שיפר מאוד את יכולת השידור של מערכת התקשורת האופטית. המראה של מגבר סיבים מסומם בארביום (EDFA) מרחיק את העברת האות האופטי של DWDM.
1. מבוא לעיקרון EDFA
ארביום (Er) הוא יסוד אדמה נדיר. בעת יצירת סיב אופטי, מוסיפים חלק מסוים של אלמנט ארביום ליצירת סיב אופטי מסומם בארביום, אשר יש לו אפקט של הגברה. ליוני ארביום יש שלוש רמות אנרגיית עבודה: E1, E2 ו-E3. ביניהם, ל-E1 יש את רמת האנרגיה הנמוכה ביותר והוא נקרא מצב הקרקע; E2 הוא המצב המט-יציב; ל-E3 יש את רמת האנרגיה הגבוהה ביותר והופך למצב הנרגש. במקרה של אי ריגוש מאור כלשהו, הוא נמצא ברמת האנרגיה הנמוכה ביותר E1. כאשר משתמשים בלייזר של מקור האור השואב כדי לעורר באופן רציף את הסיב המסומם בארביום, החלקיקים במצב הקרקע יקפצו לרמת אנרגיה גבוהה יותר כאשר הם צוברים אנרגיה. אם הוא עובר מ-E1 ל-E3, מאחר והחלקיק אינו יציב ברמת האנרגיה של E3, הוא יעבור במהירות לרמת האנרגיה המט-יציבה ללא קרינה, וחייו של החלקיק ברמת אנרגיה זו ארוכים יחסית, בשל המשאבה. מקור אור עם עירור מתמשך, מספר החלקיקים ברמת האנרגיה E2 ימשיך לעלות, בעוד שמספר החלקיקים ברמת האנרגיה E1 יקטן. כאשר אנרגיית הפוטונים של האות האופטי המבוא שווה בדיוק להפרש רמות האנרגיה בין E2 ל-E1, החלקיקים במצב מט-יציב זה יעבור למצב הקרקע בצורה של קרינה מגורה, ויקרינו את אותם פוטונים כמו הפוטונים. באות האופטי המבוא, ובכך להגדיל במידה ניכרת את מספר הפוטונים, מה שהופך את אור אות הכניסה להפוך לפלט חזק בסיב המסומם בארביום האות האופטי מממש את ההגברה הישירה של האור.
כמובן, יש לכך גם דרישות מסוימות לגבי אורך הגל הפועל של מקור האור המשאבה. האיור שלמעלה מציג את ספקטרום הקליטה של יוני ארביום, ממנו ניתן לראות שיש פסי ספיגה באורכי גל של 650nm, 800nm, 980nm ו-1480nm, וניתן להשתמש בהם בפסי תדר אלו. זה נחשב כאורך הגל הפועל של מקור האור של משאבת EDFA. עם זאת, לאחר השוואת גורמים כגון יעילות, לייזרים מוליכים למחצה 980nm ו-1480nm מתאימים יותר כמקורות אור לשאיבתEDFA. בהשוואה ל-1480nm, ל-980nm יש רווח גבוה ורעש נמוך, והוא כיום אורך גל השאיבה המועדף עבור מגברי סיבים. ישנם סוגים רבים של שיטות שאיבה בשימוש ב-EDFA. זה נקרא בעיקר אם פלט האנרגיה ממקור האור המשאבה מוזרק לסיב המסומם בארביום באותו כיוון של אנרגיית האות האופטי המבוא. ניתן לחלק אותו לשאיבה קדימה ושאיבה אחורה. דרך, ודרך שאיבה דו כיוונית.
לשיטת השאיבה הדו-כיוונית יש את היתרונות של שאיבה קדימה ושאיבה לאחור, כך ששיטה זו יכולה לא רק להפוך את אור המשאבה לפזר שווה בסיב האופטי, אלא גם מנקודת המבט של הספק פלט, הספק המוצא של שאיבה בודדת הוא 14dBm, וכן עוצמת המוצא של שאיבה דו-כיוונית היא 14dBm. המשאבה יכולה להגיע ל-l 7dBm. יתרה מכך, לשאיבה דו-כיוונית יש את יעילות ההגברה הטובה ביותר, ולשאיבה דו-כיוונית יש את הרעש הנמוך ביותר.
2. יישום EDFA במערכת DWDM
2.1. EDFA משמש כקדם מגבר
בקצה המקבל של ריבוי חלוקת אורך גל, על מנת לפצות על אובדן ההחדרה של ה-demultiplexer והירידה ברגישות המקלט עקב העלייה בקצב, יש להגדיר קדם-מגבר אופטי בעל רעש נמוך לפני ה-demultiplexer. בקצה המקבל, EDFA משמש כקדם מגבר ל-PIN ו-APD. כאשר קצב הערוץ גבוה עד 2.5Gbit/s, בהשוואה ללא קדם מגבר אופטי, ניתן להגדיל את רגישות המקלט בכפי 10.
2.2. EDFA משמש כמגבר בוסטר
EDFA משמש כמגבר בוסטר, בעל היתרונות של הספק פלט גדול, פלט יציב, רעש נמוך, פס תדר רווח רחב וניטור קל. הוא ממוקם במשדר האופטי כדי להגביר ישירות את האות של המשדר האופטי. ניתן להשתמש במגברי כוח לבד או בשילוב. לאחר הגברה על ידי EDFA, ניתן להגדיל את הספק המוצא של קצה השולח בערך בסדר גודל, מה שמשפר מאוד את ההספק הנכנס לסיב.
2.3. EDFA משמש כמגבר קו
במערכות תקשורת אופטיות, פיזור ואובדן מגבילים את המרחק והיכולת של התקשורת. על מנת להפחית את השפעת הפיזור, ניתן לבצע פיצוי פיזור. לאחר הוספת הסיב המפצה פיזור, הנחתת ההחדרה מוגברת משמעותית, ולכן יש לפצות את הנחתת ההחדרה באמצעות מגבר אופטי. באמצעותEDFAכמגבר קו יכול להגדיל משמעותית את מרחק ההתחדשות, ויכול גם להחליף מחזרים אופטיים יקרים.
3. מסקנה
DWDM היא שיטת ריבוי מיוחדת במערכת התקשורת של סיבים אופטיים. שיטה זו יכולה לעשות שימוש מלא בשטח הנמוך הרחב של הסיב האופטי, ויכולה בקלות להכפיל את הגידול מבלי לשנות את קווי התקשורת הקיימים של סיבים אופטיים. הקיבולת של מערכות תקשורת סיבים אופטיים. כעת EDFA ו-DWDM הפכו לזרם המרכזי של פיתוח רשת תקשורת סיבים אופטיים במהירות גבוהה, המייצגים דור חדש של טכנולוגיית תקשורת סיבים אופטיים.
