מגברים אופטיים משפרים את עוצמת האות
Nov 25, 2025|
בקישורי סיבים או-שטח פנוי, האותות האופטיים מאבדים בהדרגה את עוצמתם. אובדן מגיע ממספר מקורות-ספיגת סיבים, פיזור ממשק וצימוד מחבר לקוי. לסיבים- במצב יחיד ב-1550 ננומטר יש בדרך כלל הנחתה סביב 0.2-0.5 dB/km, ובמרחקים ארוכים (50 ק"מ+), האות יכול לרדת מתחת למה שהמקלט יכול לזהות באופן אמין. בפריסות{11}}בעולם האמיתי, סיבים ישנים יותר מראים לעתים קרובות הפסדים גבוהים מהתיאוריה, בדרך כלל עקב חיבורים לא טובים או מיקרו{12}}כיפופים.
שיטות הגברה
מגברים אופטייםלהגביר את עוצמת האות מבלי להמיר אותו לצורה חשמלית. העיקרון הוא פשוט: הזינו את האור המוחלש לתוך מדיום רווח, שבו הוא יוצר אינטראקציה עם חלקיקים נרגשים כדי ליצור יותר פוטונים. אנרגיה מגיעה משאיבה אופטית או הזרקת זרם חשמלי. המשאבה יוצרת היפוך אוכלוסיה, ומאפשרת לפוטוני האות להפעיל פליטת פוטון נוספת-בעצם הגברה אופטית.
בפועל, בחירת שיטת השאיבה תלויה ברוחב פס הרווח ובצורכי הספק. מגברי סיבים משתמשים בדרך כלל בשאיבה אופטית, בעוד שמגברים מוליכים למחצה מונעים חשמלית.
פריסה ברשתות תקשורת
רשתות-לטווח ארוך בדרך כלל מציבות מגבר כל 80-100 ק"מ כדי לפצות על אובדן סיבים. רווח המגבר נע בדרך כלל בין 20-30 dB, מה שמותיר מרווח מסוים להזדקנות או תחזוקה.
ברשתות מטרופוליניות, האותות מפוצלים למספר יעדים. כל פיצול של 1:2 גורם לאובדן של 3 dB בערך. הצבת מגבר לאחר המפצל משחזרת כל ענף לרמות שמישות. גם מגברים קדם- מול מקלטים נפוצים-הם מגבירים אותות חלשים כך שהמקלט אינו זקוק לרגישות קיצונית.
צבירת מאפיינים
הרווח תלוי בהספק המשאבה, אורך גל האות והספק הכניסה. בהספקי כניסה נמוכים, המגבר פועל באופן ליניארי וההגבר יציב. בהספקי קלט גבוהים, האנרגיה המאוחסנת מתרוקנת, מגדילה יורדת-זוהי רוויה ומגבילה את התפוקה המקסימלית.
רוחב פס רווח קובע אילו אורכי גל ניתן להגביר. מגברי סיבים מסוממים- נדירים -אדמה- מכסים 30-40 ננומטר בפס C- או L-; מגברים מוליכים למחצה מכסים ספקטרום רחב יותר, לפעמים מעל 100 ננומטר, אך עם שיא רווח נמוך יותר.
גם הטמפרטורה משנה. טמפרטורות גבוהות מגבירות אינטראקציות פונון, ומקטינות מעט את הרווח. מתקנים חיצוניים כוללים בדרך כלל בקרה תרמית כדי להישאר יציבה מ-5 מעלות עד +70 מעלות.
תוספת רעש
מגברים מוסיפים רעש, בעיקר מפוטוני פליטה ספונטנית בתוך רוחב הפס האות. נתוני הרעש הם בדרך כלל 3-7 dB. כאשר מגברים מרובים מצטברים, רעש מצטבר. לאחר 10 שלבים, ה-SNR עשוי לרדת ב-30–70 dB בהשוואה למערכת לא מוגברת, כך שמעצבים צריכים לתכנן בקפידה קישורים ארוכים.
דרישות חשמל
מגברי סיבים זקוקים בדרך כלל להספק משאבה של 100-500 mW (980 ננומטר או 1480 ננומטר). כוח משאבה גבוה יותר מעלה את התפוקה אך בסופו של דבר פוגע ברוויה עם החזרות פוחתות.
צריכת חשמל: מגברי סיבים עם לייזר משאבה ואלקטרוניקה בקרה מושכים בדרך כלל 5–20 W; מגברי מוליכים למחצה צורכים 1-5 ואט. הגדרות הספק- גבוהות עם קירור יכולות להכפיל את הצריכה הכוללת.
שיקולי התקנה
בעת ההתקנה, צפה באובדן חוזר של מחבר קלט/פלט-בדרך כלל מתחת ל--45 dB-כדי למנוע תנודה. רוב המגברים כוללים מבודדים לחסימת השתקפויות.
גורמים סביבתיים חשובים: לחות גבוהה עלולה להתעבות על אופטיקה, רעידות עלולות ליישר רכיבים בצורה לא נכונה, מסלולי אוויר זקוקים לתאים עמידים בפני מזג אוויר, וקמרונות תת-קרקעיים דורשים הגנה מפני לחץ מים וקרקע.
מפרטי ביצועים
מפרטים עיקריים כוללים:
רווח אות- קטן: הגברה בהספק כניסה נמוך
כוח פלט רוויה: הספק מרבי
להשיג שטוחות: חשוב עבור מערכות מרובי- אורכי גל
רווח תלוי-קיטוב: רגישות לקיטוב קלט
יישומים דינמיים צריכים גם לשקול להרוויח זמן התאוששות. החלמה מהירה (<1 μs) suits packet-switched networks; slower recovery (10–100 μs) is enough for circuit-switched systems.
אורך גל-פעולה ספציפית
פסי אורך גל שונים זקוקים למגברים שונים:
1550 ננומטר: מגברי סיבים מסוממים-ארביום (EDFA)
1310 ננומטר: מגברים מוליכים למחצה או הגברה של ראמאן
1625–1675 ננומטר: מגברי סיבים מסוממים של תוליום- או ביסמוט-
מערכות ריבוי-להקות זקוקות לשרשראות מגברים נפרדות עבור כל פס, מה שמגדיל את העלות והמורכבות.
ניטור ובקרה
למגברים יש בדרך כלל מערכות ניטור, המקישות על חלק קטן מהקלט/פלט כדי לעקוב אחר הספק. בקרת ההגברה האוטומטית שומרת על יציבות ההגברה. לולאות בקרה מתאימות את זרם המשאבה או מנחתים אופטיים כדי להתמודד עם וריאציות קלט או סחף משאבה.
ניהול מרחוק מאפשר צפייה בסטטוס-כוח, זרם משאבה, טמפרטורה וכו' - ושולח אזעקות לתנאים חריגים, ומפחית את הביקורים בשטח.