Erbium-doped Fiber Amplifiers (EDFAs)

ایربیم ڈوپڈ فائبر ایمپلیفائرز (EDFAs) نایاب زمینی عناصر جیسے ایربیم (Er3+) کو ایمپلیفیکیشن میڈیم کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔اسے مینوفیکچرنگ کے عمل کے دوران فائبر کور میں ڈالا جاتا ہے۔یہ شیشے سے بنے فائبر کے ایک چھوٹے سے ٹکڑے (عام طور پر 10 میٹر یا اس سے زیادہ) پر مشتمل ہوتا ہے جس میں آئن (Er3+) کی شکل میں ڈوپینٹ کے طور پر erbium کی ایک چھوٹی سی کنٹرول شدہ مقدار شامل کی جاتی ہے۔اس طرح، سیلیکا فائبر میزبان میڈیم کے طور پر کام کرتا ہے۔یہ سیلیکا فائبر کے بجائے ڈوپینٹس (اربیم) ہے جو آپریٹنگ طول موج اور گین بینڈوتھ کا تعین کرتا ہے۔EDFAs عام طور پر 1550 nm طول موج کے علاقے میں کام کرتے ہیں اور 1 Tbps سے زیادہ کی صلاحیت پیش کر سکتے ہیں۔لہذا، وہ وسیع پیمانے پر WDM سسٹمز میں استعمال ہوتے ہیں۔

محرک اخراج کا اصول EDFA کے ایمپلیفیکیشن میکانزم پر لاگو ہوتا ہے۔جب ڈوپینٹ (ایک ایربیم آئن) ایک اعلی توانائی کی حالت میں ہوتا ہے، تو ان پٹ آپٹیکل سگنل کا ایک واقعہ فوٹوون اسے متحرک کرے گا۔یہ اپنی کچھ توانائی ڈوپینٹ کو جاری کرتا ہے اور کم توانائی والی حالت ("محرک اخراج") میں واپس آتا ہے جو زیادہ مستحکم ہے۔نیچے دی گئی تصویر EDFA کی بنیادی ساخت کو ظاہر کرتی ہے۔

1.1 EDFA کا بنیادی ڈھانچہ

پمپ لیزر ڈائیوڈ عام طور پر ہائی پاور (~ 10–200 میگاواٹ) پر طول موج (980 nm یا 1480 nm پر) کا آپٹیکل سگنل تیار کرتا ہے۔یہ سگنل WDM کپلر کے ذریعے سلکا فائبر کے ایربیئم ڈوپڈ سیکشن میں لائٹ ان پٹ سگنل کے ساتھ جوڑا جاتا ہے۔ایربیم آئن اس پمپ سگنل کی توانائی کو جذب کریں گے اور اپنی پرجوش حالت میں چھلانگ لگائیں گے۔آؤٹ پٹ لائٹ سگنل کا ایک حصہ آپٹیکل فلٹر اور ڈیٹیکٹر کے ذریعے پمپ لیزر کے ان پٹ پر ٹیپ اور فیڈ کیا جاتا ہے۔یہ فیڈ بیک پاور کنٹرول میکانزم کے طور پر کام کرتا ہے تاکہ EDFAs کو خود کو ریگولیٹ کرنے والے ایمپلیفائر کے طور پر بنایا جا سکے۔جب تمام میٹاسٹیبل الیکٹران استعمال ہو جاتے ہیں تو پھر مزید اضافہ نہیں ہوتا ہے۔لہذا، نظام خود بخود مستحکم ہو جاتا ہے کیونکہ EDFA کی آؤٹ پٹ آپٹیکل پاور ان پٹ پاور کے اتار چڑھاؤ سے قطع نظر، اگر کوئی ہو تو تقریباً مستقل رہتی ہے۔

1.2 EDFA کا آسان فنکشنل اسکیمیٹک

مندرجہ بالا اعداد و شمار ایک EDFA کی آسان فنکشنل اسکیمیٹک کو ظاہر کرتا ہے جس میں WDM کپلر کے ذریعے لیزر سے پمپ سگنل کو ان پٹ آپٹیکل سگنل (1480 nm یا 980 nm پر) میں شامل کیا جاتا ہے۔

یہ خاکہ ایک بہت ہی بنیادی EDF یمپلیفائر کو دکھاتا ہے۔پمپ سگنل کی طول موج (تقریبا 50 میگاواٹ کی پمپ پاور کے ساتھ) 1480 nm یا 980 nm ہے۔اس پمپ سگنل کا کچھ حصہ ایربیم ڈوپڈ فائبر کی مختصر لمبائی کے اندر محرک اخراج کے ذریعہ ان پٹ آپٹیکل سگنل میں منتقل ہوتا ہے۔اس میں تقریباً 5-15 dB اور 10 dB سے کم شور کا عام آپٹیکل فائدہ ہے۔1550 nm آپریشن کے لیے، 30-40 dB آپٹیکل گین حاصل کرنا ممکن ہے۔

1.3 EDFA کا عملی احساس

مندرجہ بالا اعداد و شمار EDFA کے ایک آسان آپریشن کو اس کے عملی ڈھانچے کے ساتھ دکھایا گیا ہے جب WDM ایپلی کیشن میں استعمال کیا جاتا ہے۔

جیسا کہ دکھایا گیا ہے، اس میں درج ذیل اہم حصے شامل ہیں:

• ان پٹ پر ایک الگ تھلگ کرنے والا۔یہ EDFA کے ذریعہ پیدا ہونے والے شور کو ٹرانسمیٹر کے اختتام کی طرف پھیلنے سے روکتا ہے۔

• ایک WDM کپلر۔یہ کم طاقت والے 1550 nm آپٹیکل ان پٹ ڈیٹا سگنل کو 980 nm طول موج پر ہائی پاور پمپنگ آپٹیکل سگنل (پمپ سورس جیسے لیزر سے) کے ساتھ جوڑتا ہے۔

• ایربیم ڈوپڈ سلکا فائبر کا ایک چھوٹا سا حصہ۔درحقیقت، یہ EDFA کے ایکٹو میڈیم کے طور پر کام کرتا ہے۔

• آؤٹ پٹ پر ایک الگ تھلگ۔یہ کسی بھی بیک ریفلیکٹڈ آپٹیکل سگنل کو ایربیم ڈوپڈ سلکا فائبر میں داخل ہونے سے روکنے میں مدد کرتا ہے۔

حتمی آؤٹ پٹ سگنل ایک بڑھا ہوا 1550 nm طول موج آپٹیکل ڈیٹا سگنل ہے جس میں بقایا 980 nm طول موج پمپ سگنل ہے۔

ایربیم ڈوپڈ فائبر ایمپلیفائرز (EDFAs) کی اقسام

Erbium-doped Fiber Amplifiers (EDFAs) کے ڈھانچے کی دو قسمیں ہیں:

• ای ڈی ایف اے کو پروپیگیٹنگ پمپ کے ساتھ

• انسداد پروپیگنڈہ پمپ کے ساتھ EDFA

نیچے دی گئی تصویر کاؤنٹر پروپیگیٹنگ پمپ اور دو طرفہ پمپ کے انتظامات کو ظاہر کرتی ہے جو EDFA ڈھانچے میں استعمال کیے جا سکتے ہیں۔

پمپ کے مختلف انتظامات

ایک مشترکہ پروپیگنڈہ پمپ EDFA کم شور کے ساتھ کم آؤٹ پٹ آپٹیکل پاور کی خصوصیات رکھتا ہے۔جبکہ ایک کاؤنٹر پروپیگیٹنگ پمپ EDFA زیادہ آؤٹ پٹ آپٹیکل پاور فراہم کرتا ہے لیکن زیادہ شور بھی پیدا کرتا ہے۔ایک عام تجارتی EDFA میں، بیک وقت کو-پروپیگیٹنگ اور کاؤنٹر پروپیگیٹنگ پمپنگ کے ساتھ ایک دو طرفہ پمپ استعمال کیا جاتا ہے جس کے نتیجے میں نسبتاً یکساں آپٹیکل فائدہ ہوتا ہے۔

بوسٹر، ان لائن، اور پری ایمپلیفائر کے طور پر EDFA کا اطلاق

آپٹیکل فائبر کمیونیکیشن لنک کی طویل مدتی ایپلی کیشن میں، EDFAs کو آپٹیکل ٹرانسمیٹر کے آؤٹ پٹ پر ایک بوسٹر یمپلیفائر کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، آپٹیکل فائبر کے ساتھ ساتھ ایک ان لائن آپٹیکل ایمپلیفائر کے ساتھ ساتھ ایک پری ایمپلیفائر بھی وصول کنندہ، جیسا کہ اوپر کی تصویر میں دکھایا گیا ہے۔

واضح رہے کہ ان لائن EDFAs کو فائبر کے نقصان کے لحاظ سے 20-100 کلومیٹر کے فاصلے پر رکھا جاتا ہے۔آپٹیکل ان پٹ سگنل 1.55 μm طول موج پر ہے، جبکہ پمپ لیزر 1.48 μm یا 980 nm طول موج پر کام کرتے ہیں۔ایربیم ڈوپڈ فائبر کی عام لمبائی 10-50 میٹر ہے۔

EDFAs میں ایمپلیفیکیشن میکانزم

جیسا کہ پہلے بتایا گیا ہے، EDFA میں ایمپلیفیکیشن میکانزم لیزر کی طرح محرک اخراج پر مبنی ہے۔آپٹیکل پمپ سگنل (ایک اور لیزر کے ذریعہ تیار کردہ) سے اعلی توانائی اوپری توانائی کی حالت میں سیلیکا فائبر میں ڈوپینٹ ایربیم آئنز (Er3+) کو جوش دیتی ہے۔ان پٹ آپٹیکل ڈیٹا سگنل پرجوش ایربیئم آئنوں کی نچلی توانائی کی حالت میں منتقلی کو تحریک دیتا ہے اور اس کے نتیجے میں اسی توانائی کے ساتھ فوٹون کی تابکاری ہوتی ہے، یعنی ان پٹ آپٹیکل سگنل کی ویو لینتھ جیسی۔

توانائی کی سطح کا خاکہ: مفت ایربیم آئنز انرجی بینڈ کی مجرد سطحوں کی نمائش کرتے ہیں۔جب ایربیئم آئنوں کو سلیکا فائبر میں ڈوپ کیا جاتا ہے، تو ان کی ہر توانائی کی سطح متعدد قریبی متعلقہ سطحوں میں تقسیم ہو جاتی ہے تاکہ انرجی بینڈ بن سکے۔

1.4 ای ڈی ایف اے میں ایمپلیفیکیشن میکانزم

آبادی کے الٹ جانے کو حاصل کرنے کے لیے، Er3+ آئنوں کو درمیانی سطح 2 پر پمپ کیا جاتا ہے۔ بالواسطہ طریقہ (980-nm پمپنگ) میں، Er3+ آئنوں کو مسلسل سطح 1 سے لیول 3 تک منتقل کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد غیر شعاعوں کے ذریعے سطح 2 تک کشی ہوتی ہے۔ جہاں وہ 1500-1600 nm کی مطلوبہ طول موج میں آپٹیکل سگنلز کو پھیلاتے ہوئے، سطح 1 پر گرتے ہیں۔اسے 3-سطح کے امپلیفیکیشن میکانزم کے نام سے جانا جاتا ہے۔

مزید Erbium-doped مصنوعات کے لیے، براہ کرم ہماری ویب سائٹ پر ایک نظر ڈالیں۔

https://www.erbiumtechnology.com/erbium-laser-glasseye-safe-laser-glass/

ای میل:devin@erbiumtechnology.com

واٹس ایپ: +86-18113047438

فیکس: +86-2887897578

شامل کریں: No.23, Chaoyang road, Xihe street, Longquanyi disstrcit, Chengdu,610107, China.