نوع شائع من مضخمات الإشارة الضوئية المستخدمة في الاتصالات الضوئية

نوع شائع منمضخم بصرييستخدم في الاتصالات الضوئية

عند نقل الإشارات الضوئية عبر الألياف الضوئية، ومع ازدياد المسافة، تضعف هذه الإشارات تدريجيًا، وقد تتسبب في انقطاع الاتصال. إلى أن ظهرت مضخمات الإشارة الضوئية، التي تُشبه "محطة وقود"، تُعيد شحن طاقة الإشارات الضوئية لضمان نقل البيانات بسلاسة إلى وجهتها. سنتناول في هذا المقال أحد مضخمات الإشارة الضوئية الشائعة في الاتصالات الضوئية، وهو...مضخم ألياف مشبع بالإربيوم(مضخم بصري EDFA).

مضخم الألياف المُطعّم بالإربيوم، كما يوحي اسمه: يُدمج الإربيوم (Er)، وهو عنصر من العناصر الأرضية النادرة، في ألياف الكوارتز. عند مرور إشارة ضوئية عبر الألياف المُطعّمة بالإربيوم، تمتص أيونات الإربيوم ثلاثية التكافؤ (Er³⁺) طاقة ضوء الضخ وتنتقل إلى مستوى طاقة أعلى. ينعكس عدد الجسيمات في الحالة المُثارة. تحت تأثير ضوء الإشارة الداخلة، تخضع أيونات العناصر الأرضية النادرة المُثارة لانبعاث مُحفّز وتُطلق فوتونات بنفس تردد ضوء الإشارة، مما يُحقق التضخيم الضوئي.
المكونات التي تشكلمضخم بصري EDFAتتضمن هذه المكونات عادةً موصلات ضوئية (غالباً باستخدام مُضاعِفات تقسيم الطول الموجي WDM)، وعوازل ضوئية، وأليافاً مُطعَّمة بالإربيوم، ومرشحات، ومصادر ضخ. من بينها، يجمع الموصل الضوئي ببراعة بين الضوء الداخل وضوء الضخ لضمان حقن الإشارة بدقة في الألياف المُطعَّمة بالإربيوم؛ ويتمثل دور العازل الضوئي في كبح انعكاس الضوء غير المرغوب فيه في المسار الضوئي لمنع تكوّن إشارات التداخل غير الضرورية، مما يضمن نقل الإشارة في اتجاه واحد؛ بينما يُزيل المرشح الضوئي الضوضاء غير المرغوب فيها لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء وضمان وضوح نقل المعلومات.
يعكف الباحثون حاليًا على تطوير مضخمات الألياف ثنائية النطاق (DBFA) ومضخمات النطاق العريض للغاية (UWOA)، بهدف توسيع نطاق التردد ليشمل كامل نطاق تردد تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM). وقد طوّر فريق بحثي مشترك من معاهد بحثية أوروبية مؤخرًا مضخمًا بارامتريًا للموجات المتنقلة يعتمد على رقائق ضوئية. وبفضل بنيته المدمجة، يحقق هذا المضخم تضخيمًا فائق النطاق للإشارة، بعرض نطاق يبلغ 140 نانومتر (أي ثلاثة أضعاف عرض نطاق مضخم الألياف الضوئية التقليدي EDFA)، كما تم تقليص حجمه إلى مستوى السنتيمتر، مما يوفر دعمًا فائق السرعة لمراكز البيانات والحوسبة الذكية. ستدعم هذه "المضخمات الفائقة" نقل أكثر من مئة طول موجي لكل ليف ضوئي، مما يمهد الطريق للاتصالات الهولوغرافية والمصانع الذكية وغيرها من التطبيقات في عصر الجيل السادس (6G).