ای ڈی ایف اے ایربیم ڈوپڈ فائبر یمپلیفائر کا اصول اور اطلاق

کا اصول اور اطلاقEDFA ایربیم ڈوپڈ فائبر یمپلیفائر

کی بنیادی ساختای ڈی ایف اےایربیم ڈوپڈ فائبر یمپلیفائر، جو بنیادی طور پر ایک فعال میڈیم پر مشتمل ہوتا ہے (درجنوں میٹر لمبا ڈوپڈ کوارٹج فائبر، بنیادی قطر 3-5 مائکرون، ڈوپنگ ارتکاز (25-1000) x10-6)، پمپ لائٹ سورس (990 یا 1480nm کپل ایل ڈی) اور آپریٹر۔ سگنل لائٹ اور پمپ لائٹ ایربیئم فائبر میں ایک ہی سمت (کو-پمپنگ)، مخالف سمت (ریورس پمپنگ) یا دونوں سمتوں (دو طرفہ پمپنگ) میں پھیل سکتے ہیں۔ جب سگنل لائٹ اور پمپ لائٹ کو ایک ہی وقت میں ایربیئم فائبر میں داخل کیا جاتا ہے، تو پمپ لائٹ کے عمل کے تحت ایربیم آئن ہائی انرجی لیول (تھری لیول سسٹم) پر پرجوش ہوجاتا ہے، اور جلد ہی میٹاسٹیبل لیول پر بوسیدہ ہوجاتا ہے۔ جب یہ واقعہ سگنل لائٹ کے عمل کے تحت زمینی حالت میں واپس آجاتا ہے، تو سگنل لائٹ کے مطابق فوٹوون خارج ہوتا ہے، تاکہ سگنل کو بڑھایا جائے۔ اس کے ایمپلیفائیڈ spontaneous ایمیشن (ASE) سپیکٹرم میں بڑی بینڈوتھ (20-40nm تک) ہے اور اس کی دو چوٹیاں ہیں جو بالترتیب 1530nm اور 1550nm کے مساوی ہیں۔

کے اہم فوائدEDFA یمپلیفائرزیادہ فائدہ، بڑی بینڈوتھ، زیادہ آؤٹ پٹ پاور، ہائی پمپنگ کی کارکردگی، کم اندراج نقصان، اور پولرائزیشن کی حالتوں کے لیے غیر حساسیت۔

ایربیم ڈوپڈ فائبر یمپلیفائر کا کام کرنے کا اصول

ایربیم ڈوپڈ فائبر یمپلیفائر (EDFA آپٹیکل یمپلیفائر） بنیادی طور پر ایک ایربیم ڈوپڈ فائبر (لمبائی میں تقریبا 10-30 میٹر) اور ایک پمپ لائٹ سورس پر مشتمل ہے۔ کام کرنے کا اصول یہ ہے کہ ایربیم ڈوپڈ فائبر پمپ لائٹ سورس (طول موج 980nm یا 1480nm) کی کارروائی کے تحت محرک تابکاری پیدا کرتا ہے، اور ان پٹ لائٹ سگنل کی تبدیلی کے ساتھ ریڈی ایشن لائٹ تبدیل ہوتی ہے، جو ان پٹ لائٹ سگنل کو بڑھانے کے مترادف ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ Erbium-doped فائبر یمپلیفائر کا حاصل عام طور پر 15-40db ہوتا ہے، اور ریلے کے فاصلے کو 100km سے زیادہ بڑھایا جا سکتا ہے۔ لہذا، لوگ مدد نہیں کر سکتے لیکن پوچھتے ہیں: سائنسدانوں نے روشنی کی لہروں کی شدت کو بڑھانے کے لیے فائبر یمپلیفائر میں ڈوپڈ ایربیم کا استعمال کیوں کیا؟ ہم جانتے ہیں کہ ایربیئم ایک نایاب زمینی عنصر ہے، اور نایاب زمینی عناصر اپنی خاص ساختی خصوصیات رکھتے ہیں۔ آپٹیکل ڈیوائسز میں نایاب زمین کے عناصر کی ڈوپنگ آپٹیکل ڈیوائسز کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے ایک طویل عرصے سے استعمال ہوتی رہی ہے، اس لیے یہ کوئی حادثاتی عنصر نہیں ہے۔ اس کے علاوہ، پمپ لائٹ سورس کی طول موج 980nm یا 1480nm پر کیوں منتخب کی جاتی ہے؟ درحقیقت، پمپ لائٹ سورس کی طول موج 520nm، 650nm، 980nm، اور 1480nm ہو سکتی ہے، لیکن پریکٹس نے ثابت کیا ہے کہ 1480nm پمپ لائٹ سورس لیزر کی کارکردگی کی طول موج سب سے زیادہ ہے، اس کے بعد 980nm پمپ لائٹ سورس کی طول موج ہے۔

جسمانی ساخت

ایربیم ڈوپڈ فائبر یمپلیفائر (EDFA آپٹیکل ایمپلیفائر) کی بنیادی ساخت۔ ان پٹ اینڈ اور آؤٹ پٹ اینڈ پر ایک الگ تھلگ ہے، مقصد آپٹیکل سگنل کو یک طرفہ ٹرانسمیشن بنانا ہے۔ پمپ ایکسائٹر کی طول موج 980nm یا 1480nm ہے اور اسے توانائی فراہم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ کپلر کا کام ان پٹ آپٹیکل سگنل اور پمپ لائٹ کو ایربیئم ڈوپڈ فائبر میں جوڑنا ہے، اور پمپ لائٹ کی توانائی کو ایربیم ڈوپڈ فائبر کی کارروائی کے ذریعے ان پٹ آپٹیکل سگنل میں منتقل کرنا ہے، تاکہ ان پٹ آپٹیکل سگنل کی توانائی کی افزائش کا احساس ہو۔ زیادہ آؤٹ پٹ آپٹیکل پاور اور کم شور انڈیکس حاصل کرنے کے لیے، عملی طور پر استعمال ہونے والا Erbium-doped فائبر یمپلیفائر ایک دوسرے کو الگ تھلگ کرنے کے لیے درمیان میں الگ تھلگ کرنے والے دو یا دو سے زیادہ پمپ ذرائع کی ساخت کو اپناتا ہے۔ وسیع تر اور چاپلوسی حاصل کرنے کے لیے، ایک گین فلیٹننگ فلٹر شامل کیا جاتا ہے۔

EDFA پانچ اہم حصوں پر مشتمل ہے: Erbium-doped fiber (EDF)، آپٹیکل کپلر (WDM)، آپٹیکل آئسولیٹر (ISO)، آپٹیکل فلٹر، اور پمپنگ سپلائی۔ عام طور پر استعمال ہونے والے پمپ کے ذرائع میں 980nm اور 1480nm شامل ہیں، اور یہ دونوں پمپ ذرائع زیادہ پمپنگ کی کارکردگی رکھتے ہیں اور زیادہ استعمال ہوتے ہیں۔ 980nm پمپ لائٹ سورس شور گتانک کم ہے۔ 1480nm پمپ لائٹ سورس میں پمپنگ کی کارکردگی زیادہ ہے اور وہ بڑی آؤٹ پٹ پاور (980nm پمپ لائٹ سورس سے تقریباً 3dB زیادہ) حاصل کر سکتا ہے۔

فائدہ

1. آپریٹنگ طول موج سنگل موڈ فائبر کی کم از کم کشینن ونڈو کے مطابق ہے۔

2. اعلی یوگمن کارکردگی. چونکہ یہ ایک فائبر یمپلیفائر ہے، اس لیے ٹرانسمیشن فائبر کے ساتھ جوڑا جانا آسان ہے۔

3. اعلی توانائی کے تبادلوں کی کارکردگی۔ EDF کا بنیادی حصہ ٹرانسمیشن فائبر سے چھوٹا ہے، اور سگنل لائٹ اور پمپ لائٹ ایک ساتھ EDF میں منتقل ہوتی ہیں، اس لیے آپٹیکل صلاحیت بہت مرکوز ہے۔ یہ روشنی اور گین میڈیم Er آئن کے درمیان تعامل کو بہت مکمل بناتا ہے، جس کے ساتھ erbium-doped فائبر کی مناسب لمبائی ہوتی ہے، لہذا روشنی کی توانائی کی تبدیلی کی کارکردگی زیادہ ہے۔

4. زیادہ فائدہ، کم شور انڈیکس، بڑی آؤٹ پٹ پاور، چینلز کے درمیان کم کراسسٹالک۔

5. مستحکم فائدہ کی خصوصیات: EDFA درجہ حرارت کے لیے حساس نہیں ہے، اور حاصل کا پولرائزیشن سے بہت کم تعلق ہے۔

6. گین فیچر سسٹم بٹ ریٹ اور ڈیٹا فارمیٹ سے آزاد ہے۔

کمی

1. نان لائنر اثر: ای ڈی ایف اے آپٹیکل پاور کو فائبر میں انجیکشن لگا کر آپٹیکل پاور کو بڑھاتا ہے، لیکن جتنا بڑا ہوگا اتنا ہی بہتر ہے۔ جب آپٹیکل پاور کو ایک خاص حد تک بڑھایا جاتا ہے، تو آپٹیکل فائبر کا نان لائنر اثر پیدا ہوتا ہے۔ لہذا، آپٹیکل فائبر یمپلیفائر استعمال کرتے وقت، سنگل چینل آنے والی فائبر آپٹیکل پاور کو کنٹرول کرنے کی قدر پر توجہ دی جانی چاہیے۔

2. حاصل کی طول موج کی حد مقرر ہے: C-band EDFA کی ورکنگ ویو لینتھ رینج 1530nm~1561nm ہے۔ L-band EDFA کی ورکنگ ویو لینتھ رینج 1565nm~1625nm ہے۔

3. ناہموار گین بینڈوتھ: EDFA erbium-doped fiber amplifier کی گین بینڈوتھ بہت وسیع ہے، لیکن EDF کا گین سپیکٹرم خود فلیٹ نہیں ہے۔ WDM سسٹم میں حاصل کو فلیٹ کرنے کے لیے گین فلیٹننگ فلٹر کو اپنانا چاہیے۔

4. لائٹ سرج کا مسئلہ: جب روشنی کا راستہ نارمل ہوتا ہے، تو پمپ لائٹ سے پرجوش ایربیئم آئنز سگنل لائٹ کے ذریعے بہہ جاتے ہیں، اس طرح سگنل لائٹ کی افزائش مکمل ہوتی ہے۔ اگر ان پٹ لائٹ کو چھوٹا کیا جاتا ہے، کیونکہ میٹاسٹیبل ایربیم آئن جمع ہوتے رہتے ہیں، ایک بار سگنل لائٹ ان پٹ بحال ہونے کے بعد، توانائی اچھل جائے گی، جس کے نتیجے میں روشنی میں اضافہ ہوگا۔

5. آپٹیکل سرج کا حل ای ڈی ایف اے میں آٹومیٹک آپٹیکل پاور ریڈکشن (اے پی آر) یا آٹومیٹک آپٹیکل پاور آف (اے پی ایس ڈی) فنکشن کو محسوس کرنا ہے، یعنی ای ڈی ایف اے خود بخود پاور کو کم کر دیتا ہے یا ان پٹ لائٹ نہ ہونے پر خود بخود پاور آف کر دیتا ہے، اس طرح اضافے کے رجحان کو دبانا ہے۔

ایپلیکیشن موڈ

1. بوسٹر ایمپلیفائر کا استعمال بوسٹر لہر کے بعد ایک سے زیادہ طول موج کے سگنلز کی طاقت کو بڑھانے اور پھر انہیں منتقل کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ چونکہ بوسٹر لہر کے بعد سگنل کی طاقت عام طور پر بڑی ہوتی ہے، اس لیے پاور ایمپلیفائر کا شور انڈیکس اور حاصل بہت زیادہ نہیں ہوتا ہے۔ نسبتاً بڑی آؤٹ پٹ پاور ہے ۔

2. لائن ایمپلیفائر، پاور ایمپلیفائر کے بعد، وقتاً فوقتاً لائن ٹرانسمیشن نقصان کی تلافی کے لیے استعمال ہوتا ہے، عام طور پر نسبتاً چھوٹا شور انڈیکس اور بڑی آؤٹ پٹ آپٹیکل پاور کی ضرورت ہوتی ہے۔

3. پری ایمپلیفائر: اسپلٹر سے پہلے اور لائن ایمپلیفائر کے بعد، اس کا استعمال سگنل کو بڑھانے اور ریسیور کی حساسیت کو بہتر بنانے کے لیے کیا جاتا ہے (اس صورت میں کہ آپٹیکل سگنل ٹو نوائس ریشو (OSNR) ضروریات کو پورا کرتا ہے، بڑی ان پٹ پاور ریسیور کے شور کو دبا سکتی ہے اور ریسیور کی حساسیت کو بہتر بناتی ہے)۔ چھوٹا آؤٹ پٹ پاور پر کوئی بڑی ضرورت نہیں ہے۔