الوصف: مضخم ألياف مشبعة بالإربيوممضخم بصري EDFA
مضخم ألياف بصرية مشبع بالإربيوم (إي دي إف إيهيُعدّ مُضخّم الإشارة الضوئية (أي مُضخّم الإشارة الضوئية المُطعّم بأيونات الإربيوم Er3+ في لبّ الألياف) أول مُضخّم ضوئي طُوّر في جامعة ساوثهامبتون عام 1985، ويُعتبر أحد أعظم الاختراعات في مجال اتصالات الألياف الضوئية. الألياف المُطعّمة بالإربيوم هي نوع من الألياف تحتوي على كمية صغيرة من أيونات عنصر الإربيوم (Er) في لبّ ألياف الكوارتز، والذي يُشكّل لبّها.مضخم ألياف مشبع بالإربيوممنذ أواخر ثمانينيات القرن الماضي، تحققت إنجازات كبيرة في أبحاث مضخمات الألياف الضوئية المشوبة بالإربيوم. وقد ساهمت تقنية تقسيم الطول الموجي (WDM) بشكل كبير في زيادة سعة اتصالات الألياف الضوئية، وهي المضخم الضوئي الأكثر استخدامًا في هذا المجال.
التطبيق: مُضخِّم الألياف الضوئية هو جهاز تضخيم ضوئي يُضخِّم الإشارة الضوئية مباشرةً في أنظمة الاتصالات عبر الألياف الضوئية. في هذه الأنظمة، تُعدّ تقنية تضخيم الإشارة الضوئية مباشرةً دون تحويلها إلى إشارة كهربائية. يُعتبر مُضخِّم الألياف المُطعَّمة بالإربيوم (EDFA، أي مُضخِّم الإشارة الضوئية الذي يحتوي على أيونات الإربيوم Er3+ في لبّ الألياف) أول مُضخِّم ضوئي طُوِّر في جامعة ساوثهامبتون بالمملكة المتحدة وجامعة توهوكو باليابان، وهو من أهمّ الاختراعات في مجال الاتصالات عبر الألياف الضوئية. الألياف المُطعَّمة بالإربيوم هي نوع من الألياف تحتوي على كمية صغيرة من أيونات الإربيوم (Er)، وهو عنصر أرضي نادر، مُدمجة في ألياف الكوارتز، والتي تُشكِّل لبّ مُضخِّم الألياف المُطعَّمة بالإربيوم. منذ أواخر ثمانينيات القرن الماضي، تحققت إنجازات كبيرة في أبحاث مُضخِّمات الألياف المُطعَّمة بالإربيوم. وقد ساهمت تقنية تقسيم الطول الموجي (WDM) بشكل كبير في زيادة سعة الاتصالات عبر الألياف الضوئية، مما يجعلها المُضخِّم الضوئي الأكثر استخدامًا في هذا المجال.
المعلمة الأساسية
اسم الكلمة: مضخم ألياف مشبع بالإربيوم
مصطلح ذو صلة:مضخم بصري
يمكن لألياف الكوارتز المُطعّمة بعناصر أرضية نادرة (مثل النيوديميوم، والإربيوم، والبراسيوديميوم، والثوليوم، وغيرها) أن تُشكّل نظام ليزر متعدد المستويات، حيث تُضخّم إشارة الضوء الداخلة مباشرةً تحت تأثير ضوء الضخ. وبعد توفير التغذية الراجعة المناسبة، يتشكّل ليزر الألياف. يبلغ طول موجة تشغيل مُضخّم الألياف المُطعّم بالنيوديميوم 1060 نانومتر و1330 نانومتر، إلا أن تطويره وتطبيقه محدودان بسبب انحرافه عن المنفذ الأمثل لاتصالات الألياف الضوئية، بالإضافة إلى بعض الأسباب الأخرى. أما أطوال موجات تشغيل مُضخّم الألياف المُطعّم بالإربيوم (EDFA) ومُضخّم الألياف المُطعّم بالبروتونات (PDFA) فتقع ضمن نطاق أقل فقد (1550 نانومتر) ونطاق طول موجة التشتت الصفري (1300 نانومتر) لاتصالات الألياف الضوئية على التوالي، ويعمل مُضخّم الألياف المُطعّم بالثيول (TDFA) في النطاق S، مما يجعله مناسبًا جدًا لتطبيقات أنظمة اتصالات الألياف الضوئية. وقد أصبح مُضخّم الألياف المُطعّم بالإربيوم (EDFA) الأكثر تطورًا عمليًا.
بفضل تطور الألياف المشوبة بالإربيوم، استمر ظهور العديد من مضخمات الألياف الجديدة. فعلى سبيل المثال، يُعد مضخم الألياف ثنائي النطاق (DBFA) القائم على الألياف المشوبة بالإربيوم مضخمًا بصريًا واسع النطاق، حيث يغطي نطاقه الواسع كامل عرض نطاق تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) تقريبًا. ومن المنتجات المشابهة مضخم الألياف فائق الاتساع (UWOA)، الذي يتميز بعرض نطاق تغطية يسمح بتضخيم ما يصل إلى 100 قناة طول موجي في ليف واحد.
التطبيق العملي
إن تطبيق مضخم الألياف المشوبة بالإربيوم (مضخم EDFA) في نظام الاتصالات الرقمية بالألياف الضوئية التقليدي يمكن أن يوفر الكثير من أجهزة إعادة الإرسال الضوئية، كما أن مسافة الترحيل تزداد بشكل كبير، وهو أمر ذو أهمية كبيرة لنظام الكابلات الرئيسية لمسافات طويلة.
تشمل تطبيقاته الرئيسية ما يلي:
يمكن استخدام النوع 1 كمضخم إشارة ضوئية للمسافات البعيدة. تعاني مكررات الألياف الضوئية الإلكترونية التقليدية من العديد من القيود. على سبيل المثال، عند تحويل الإشارة الرقمية إلى إشارة تناظرية، يجب تغيير المكرر تبعًا لذلك؛ وعند تغيير سرعة الجهاز من منخفضة إلى عالية، يجب استبدال المكرر أيضًا. كما أنها تنقل فقط إشارات ضوئية بنفس الطول الموجي، وتتميز ببنية معقدة ومكلفة، وغير ذلك. تتغلب مضخمات الألياف المشوبة بالإربيوم على هذه العيوب، فهي لا تحتاج إلى التغيير مع تغير نمط الإشارة، ولا تحتاج أيضًا إلى الاستبدال عند توسيع الجهاز أو استخدامه في تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الضوئي.
يمكن استخدام المضخم رقم 2 كمضخم لاحق لجهاز الإرسال الضوئي ومضخم أولي لجهاز الاستقبال الضوئي. عند استخدامه كمضخم لاحق لجهاز الإرسال الضوئي، يمكن زيادة قدرة إرسال الليزر من 0 ديسيبل إلى +10 ديسيبل. وعند استخدامه كمضخم أولي لجهاز الاستقبال الضوئي، يمكن تحسين حساسيته بشكل كبير. لذلك، يكفي تركيب مضخم أو اثنين فقط من مضخمات الإربيوم على الخط، ويمكن زيادة مسافة نقل الإشارة بمقدار 100-200 كيلومتر.
بالإضافة إلى ذلك، مضخم الألياف المشوب بالإربيوم (مضخم EDFAلحل هذه المشكلة، حظيت المزايا الفريدة لمضخمات الألياف الضوئية المشبعة بالإربيوم باعتراف عالمي، وتزايد استخدامها بشكل ملحوظ. مع ذلك، تعاني هذه المضخمات من بعض القيود، كصعوبة نقل البيانات في الاتصالات بعيدة المدى، وصعوبة الاتصال بين المحطات، وقصر عمر مصدر الضوء، إلا أن عمر مصدر الضوء فيها قصير. ومع التطور المستمر لتقنية الاتصالات عبر الألياف الضوئية، سيتم حل هذه المشكلات بشكل مُرضٍ.
تاريخ النشر: 14 مارس 2025