DWDM เป็นเทคโนโลยีการส่งสัญญาณในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง ใช้ใยแก้วนำแสงหนึ่งเส้นเพื่อส่งสัญญาณพาหะนำแสงหลายตัวที่มีความยาวคลื่นต่างกันในเวลาเดียวกัน และแบ่งช่วงความยาวคลื่นที่ใยแก้วนำแสงใช้ออกเป็นหลายช่องสัญญาณ ช่องส่งสัญญาณแสง ดังนั้น DWDM จึงปรับปรุงความสามารถในการรับส่งข้อมูลของระบบสื่อสารด้วยแสงได้อย่างมาก การปรากฏตัวของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เจือเออร์เบียม (สพป) ทำให้การส่งสัญญาณแสง DWDM ได้ไกลขึ้น
1. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับหลักการของ EDFA
เออร์เบียม (Er) เป็นธาตุดินที่หายาก เมื่อสร้างใยแก้วนำแสง จะมีการเพิ่มองค์ประกอบเออร์เบียมในสัดส่วนหนึ่งเพื่อสร้างใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยเออร์เบียม ซึ่งมีผลต่อการขยายสัญญาณ เออร์เบียมไอออนมีระดับพลังงานการทำงานสามระดับ: E1, E2 และ E3 ในหมู่พวกเขา E1 มีระดับพลังงานต่ำสุดและเรียกว่าสถานะพื้น E2 คือสถานะ metastable; E3 มีระดับพลังงานสูงสุดและกลายเป็นสถานะตื่นเต้น ในกรณีที่ไม่ตื่นเต้นกับแสงใด ๆ จะอยู่ที่ระดับพลังงานต่ำสุด E1 เมื่อใช้เลเซอร์ของแหล่งกำเนิดแสงแบบปั๊มเพื่อกระตุ้นเส้นใยที่เจือด้วยเออร์เบียมอย่างต่อเนื่อง อนุภาคในสถานะพื้นจะกระโดดไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นเมื่อพวกมันได้รับพลังงาน หากเปลี่ยนจาก E1 เป็น E3 เนื่องจากอนุภาคไม่เสถียรที่ระดับพลังงาน E3 อนุภาคจะเปลี่ยนเป็นระดับพลังงานที่แพร่กระจายได้อย่างรวดเร็วโดยไม่มีการแผ่รังสี และอายุการใช้งานของอนุภาคที่ระดับพลังงานนี้จะค่อนข้างยาว เนื่องจากปั๊ม แหล่งกำเนิดแสง ด้วยการกระตุ้นอย่างต่อเนื่อง จำนวนอนุภาคในระดับพลังงาน E2 จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่จำนวนอนุภาคในระดับพลังงาน E1 จะลดลง เมื่อพลังงานโฟตอนของสัญญาณแสงอินพุตเท่ากับความแตกต่างของระดับพลังงานระหว่าง E2 และ E1 อนุภาคในสถานะ metastable จะเปลี่ยนไปอยู่ในสถานะพื้นในรูปแบบของการแผ่รังสีกระตุ้น และแผ่โฟตอนเดียวกันกับโฟตอน ในสัญญาณออปติคัลอินพุต ซึ่งจะเป็นการเพิ่มจำนวนโฟตอนอย่างมาก ทำให้ไฟสัญญาณอินพุตกลายเป็นเอาต์พุตที่แข็งแกร่งในไฟเบอร์ที่เจือด้วยเออร์เบียม สัญญาณออปติคัลทำให้มีการขยายแสงโดยตรง
แน่นอนว่า สิ่งนี้ยังมีข้อกำหนดบางประการเกี่ยวกับความยาวคลื่นการทำงานของแหล่งกำเนิดแสงของปั๊ม รูปด้านบนแสดงสเปกตรัมการดูดกลืนของเออร์เบียมไอออน ซึ่งจะเห็นว่ามีแถบการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 650 นาโนเมตร 800 นาโนเมตร 980 นาโนเมตร และ 1480 นาโนเมตร และสามารถใช้ได้ในแถบความถี่เหล่านี้ ซึ่งถือว่าเป็นความยาวคลื่นในการทำงานของแหล่งกำเนิดแสงของปั๊ม EDFA อย่างไรก็ตาม หลังจากเปรียบเทียบปัจจัยต่างๆ เช่น ประสิทธิภาพแล้ว เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาด 980 นาโนเมตรและ 1480 นาโนเมตรจะเหมาะสมกว่าสำหรับการสูบฉีดแหล่งกำเนิดแสงสำหรับสพป. เมื่อเทียบกับ 1480nm แล้ว 980nm มีเกนสูงและสัญญาณรบกวนต่ำ และปัจจุบันเป็นความยาวคลื่นปั๊มที่ต้องการสำหรับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ วิธีการสูบน้ำที่ใช้ใน EDFA มีหลายประเภท โดยหลักแล้วจะมีการตั้งชื่อว่าพลังงานที่ส่งออกจากแหล่งกำเนิดแสงของปั๊มถูกฉีดเข้าไปในเส้นใยที่เจือด้วยเออร์เบียมในทิศทางเดียวกับพลังงานสัญญาณแสงที่ป้อนเข้าหรือไม่ สามารถแบ่งออกเป็นการสูบน้ำไปข้างหน้าและการสูบน้ำย้อนกลับ ทางและทางสูบน้ำสองทาง
วิธีการสูบน้ำแบบสองทิศทางมีข้อดีของการสูบน้ำไปข้างหน้าและการสูบน้ำย้อนกลับ ดังนั้นวิธีนี้ไม่เพียงแต่ทำให้แสงของปั๊มกระจายอย่างสม่ำเสมอในใยแก้วนำแสงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจากมุมมองของกำลังขับ กำลังขับของการสูบเดี่ยวคือ 14dBm และ กำลังขับของปั๊มแบบสองทิศทางคือ 14dBm ปั๊มได้ถึง l 7dBm. นอกจากนี้ การสูบน้ำแบบสองทิศทางยังมีประสิทธิภาพในการขยายเสียงที่ดีที่สุด และการสูบน้ำแบบสองทิศทางมีสัญญาณรบกวนต่ำที่สุด
2. การประยุกต์ใช้ EDFA ในระบบ DWDM
2.1. EDFA ใช้เป็นปรีแอมป์
เมื่อสิ้นสุดการรับของการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น เพื่อชดเชยการสูญเสียการแทรกของตัวแยกสัญญาณและความไวของตัวรับสัญญาณที่ลดลงเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของอัตรา จะต้องกำหนดค่าเครื่องขยายสัญญาณออปติคอลสัญญาณรบกวนต่ำก่อนอุปกรณ์แยกสัญญาณ เมื่อสิ้นสุดการรับ EDFA จะถูกใช้เป็นปรีแอมป์สำหรับ PIN และ APD เมื่ออัตราช่องสัญญาณสูงถึง 2.5Gbit/s เมื่อเทียบกับไม่มีเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล ความไวของเครื่องรับจะเพิ่มขึ้นประมาณ 10 เท่า
2.2. EDFA ใช้เป็นเครื่องขยายเสียงเสริม
EDFA ถูกใช้เป็นบูสเตอร์แอมพลิฟายเออร์ ซึ่งมีข้อดีของกำลังขับขนาดใหญ่ เอาต์พุตที่เสถียร สัญญาณรบกวนต่ำ ย่านความถี่เกนที่กว้าง และการตรวจสอบที่ง่ายดาย มันถูกวางไว้ที่เครื่องส่งสัญญาณแสงเพื่อขยายสัญญาณของเครื่องส่งสัญญาณแสงโดยตรง เพาเวอร์แอมพ์สามารถใช้เดี่ยวหรือใช้ร่วมกันก็ได้ หลังจากขยายโดย EDFA แล้ว กำลังเอาต์พุตของปลายส่งจะเพิ่มขึ้นประมาณลำดับความสำคัญ ซึ่งช่วยปรับปรุงกำลังที่เข้าสู่ไฟเบอร์ได้อย่างมาก
2.3. EDFA ใช้เป็นเครื่องขยายเสียงตามสาย
ในระบบการสื่อสารด้วยแสง การกระจายและการสูญเสียจะจำกัดระยะทางและความสามารถในการสื่อสาร เพื่อลดอิทธิพลของการกระจาย สามารถทำการชดเชยการกระจายได้ หลังจากเพิ่มไฟเบอร์ชดเชยการกระจายแล้ว การลดทอนการแทรกจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้นการลดทอนการแทรกจึงต้องได้รับการชดเชยด้วยเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล โดยใช้สพปเนื่องจากไลน์แอมพลิฟายเออร์สามารถเพิ่มระยะการสร้างใหม่ได้อย่างมาก และยังสามารถแทนที่ออปติคัลรีพีทเตอร์ที่มีราคาแพงได้อีกด้วย
3. บทสรุป
DWDM เป็นวิธีมัลติเพล็กซ์แบบพิเศษในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง วิธีนี้สามารถใช้พื้นที่ที่มีการสูญเสียต่ำของใยแก้วนำแสงได้อย่างเต็มที่ และสามารถเพิ่มเป็นสองเท่าได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องเปลี่ยนสายสื่อสารใยแก้วนำแสงที่มีอยู่เดิม ความสามารถของระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง ปัจจุบัน EDFA และ DWDM ได้กลายเป็นกระแสหลักของการพัฒนาเครือข่ายการสื่อสารใยแก้วนำแสงความเร็วสูง ซึ่งเป็นตัวแทนของเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงรุ่นใหม่
