مترجم: احمد رازیانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
امروزه با استفاده از این ابزار می‌توان در مقیاس تجاری ارتباطات چند کانالی و با طول موج‌های متفاوت برقرار کرد. این باعث شده است نیاز به چشمه‌های لیزری نیمرسانای قابل تنظیم افزایش یابد. طراحی و بهره گیری از تارهای اربیم آلاییده همچنان در حال پیشرفت است. بازده تبدیل انرژی، از ورودی دمنده تا خروجی پیغام تقویت شده را می‌شود بسیار زیاد کرد. (بازده بیش از 75% امکان‌پذیر است). بررسی‌هایی که در مورد قابل اعتماد بودن این ابزارهای نوین انجام شده است، و مدل سازی‌های نظری، بهره‌گیری طولانی مدت از آن‌ها را قابل اطمینان نشان می‌دهد. نصب اولین سیستم تقویت کننده تماماً نوری در عرض اقیانوس اطلی، به طول حدوداً 600 کیلومتر، برای سال 1995 برنامه ریزی شده است. پس از آن، کارگذاری سیستمی در عرض اقیانوس آرام، به طول 9000 کیلومتر است، که مربوط به سال 1996 است. از بحث بالا ممکن است چنان برآید که تارهای تقویت کننده، بالقوه برتری نامحدودی نسبت به سیستم‌های اپتیکی موجود دارند. اما محدودیت‌های تازه‌ای مشهود است. یکی اینکه گسیل خود به خودی تقویت شده به نوفه سیستم می‌افزاید. برای به حداقل رساندن گسیل خود به خودی تقویت شده مهم است که میزان اتلاف تارهای انتقال دهنده همچنان کمتر شود، و بدین ترتیب تعداد تقویت کننده‌های مورد نیاز به حداقل برسد. دوم آنکه بیشتر تارهای زمینی کار گذاشته شده در ابتدا، به خاطر موجود بودن انتقال دهنده‌های μm3ر1 در آن زمان، برای کار در نزدیکی μm3ر1 طراحی شده‌اند. این نوع تارها پراش رنگی قابل ملاحظه‌ای در μm55ر1 دارند، که باعث پهن شدگی تپ می‌شود. نتیجه‌ی این پدیده آن است که آهنگ انتقال اطلاعات در فواصل زیاد محدود می‌شود. ساده‌ترین راه حلی که به نظر می‌رسد، ساخت تقویت کننده تاری برای نور μm3ر1 است. این طول موج خارج از گستره‌ی عملکرد تقویت کننده‌های اربیمی است، اما یون‌های پرازئودیمیم سه ظرفیتی گذاری اپتیکی در ناحیه مورد نظر دارند. در شیشه‌هایی که جز اصلی آن‌ها سیلیکا است، یون‌های برانگیخته Pr3+ خیلی سریع‌تر از آنچه برای کاربردهای عملی لازم است و انگیخته می‌شوند. این کار با فرایندهای غیر تابشی انجام می‌شود. اما شیشه‌هایی که با ترکیبات شامل فلوریدهای فلزات سنگین ساخته شده‌اند، و شیشه‌های کالکوژنید شامل عناصر گوگرد یا سلنیم میزبان‌های مناسبی هستند. طیف انرژی فونونی این مواد پایین‌تر است، و در نتیجه طول عمر ترازهای Pr3+ ، و بازده بازترکیب تابشی بیشتر می‌شود. پژوهشگران، با استفاده از شیشه‌های فلوریدی Pr3+ آلاییده تقویت کننده‌های تاری با ضریب تقویت قابل قبولی ساخته‌اند، اما توان دمش مورد نیاز هنوز هم نسبتاً زیاد است. برای تقویت کنندگی با بازده خوب در μm3ر1، پژوهش‌های بیشتری در مورد مواد مختلف لازم است. راه حل دیگر برای بهبود شبکه μm3ر1 نصب شده، خنثی کردن پراش هر تقویت کننده تاری با تارهای مخصوصی است که پراش منفی زیادی دارند. تعدادی از این نوع تارهای خاص ساخته شده‌اند، که پراش منفی تا 30 برابر پراش (مثبت) انتقال دهنده معمولی دارند و می‌توانند در تمام کستره مورد نیاز، پراش را خنثی کنند. طرح‌هایی با 5- برابر پراش تارهای معمولی به بازار آمده‌اند.
خواص غیر خطی
محدودیت مهم تازه‌ای که در ارتباطات راه دور وجود دارد ناشی از غیر خطی بودن خواص اپتیکی تارهای سیلیکاست. خواص غیر خطی سیلیکا بسیار اندک است و در گذشته به خاطر اینکه تکرار کننده‌ها خودشان شکل تپ را درست می‌کردند لزومی به در نظر گرفتن این خواص نبود. اما وجود مسیرهای طولانی بر هم کنشی اپتکی بدون بازسازی، و نیز استفاده از توان‌های اپتیکی بیشتر، باعث شده‌اند تا حتی این مقدار اندک خواص غیر خطی هم قابل ملاحظه جلوه کنند. خواص غیر خطی باعث پهن شدن تپ و هم شنوایی بین کانال‌ها می‌شود. پژوهش‌های زیادی در مورد خواص غیر خطی سیستم‌ها انجام شده است. از جمله این خواص می‌توان از پراکندگی القایی بریوئن، پراکندگی القایی رامان، خود مدولگی فازی، دگر مدولگی فازی، و مخلوط شدگی چهار فوتونی نام برد. حتی در توان‌های کم، در حد چند میلی وات، هم لازم است این گونه خواص غیر خطی در طراحی سیستم در نظر گرفته شود. با وجود این محدودیت‌ها، سیستم‌های آزمایشی کارایی بسیار خوبی نشان داده‌اند، تا حد Gb/s5 در مسافت‌های Km9000.
البته فیزیک‌دان‌ها برگ برنده دیگری هم دارند. معلوم شده است که جوابی از معادلات مکسول در تار تک مد و بدون اتلاف شامل جمله غیر خطی و پراش رنگی، وجود دارد که هم برحسب زمان و هم بر حسب بسامد، ناپاشاست. چنین جواب پایداری را سولیتون می‌نامند. شکل این جواب u(z,t)=sech(t)exp(iz/2) است، که در آن u(z,t) پوش تپ، z مسافت انتشار یافته، و t زمان است (که هر دو به طور مناسبی بهنجار شده‌اند). اگر چنین تپی، که رابطه عرض با توان بیشینه آن به طور صحیح انتخاب شده باشد، به درون تار آرمانی بدون اتلافی فرستاده شود، تپ تا هر فاصله‌ای بدون تغییر شکل حرکت می‌کند. علت فیزیکی اینکه چنین تپی شکل خود را حفظ می‌کند آن است که پراش رنگی و اثرهای غیر خطی یکدیگر را خنثی می‌کنند. به طور تجربی، لین مولناور، راجرز استولن، و جیمز گوردن در آزمایشگاه‌های ای تی اند تی بل، در سال 1980 انتشار سولیتون در تارهای نوری را نشان دادند.
تحقیق درباره‌ی انتشار سولیتون‌های اپتیکی چند سالی ادامه یافت بدون اینکه طراحان سیستم‌های اپتیکی توجه چندانی به آن کنند. اما اختراع تقویت کننده‌های تاری، انتشار سولیتون در مسافت‌های زیاد را به واقعیتی عملی تبدیل کرد. در آزمایش‌های اخیر، سولیتون‌ها شکل دقیق خود را در مسافت‌های چند هزار کیلومتری حفظ کرده‌اند. از آن گذشته، آزمایش با دو کانال طول موجی نشان داده است که سولیتون‌هایی که طول موج‌های متفاوت دارند می‌توانند بدون تغییر شکل از میان یکدیگر بگذرند. در این آزماش‌ها، محدودیت فاصله و آهنگ انتقال بیت (در هر کانال) ناشی از گسیل خود به خودی تقویت کننده‌های اربیمی بود. بسامد گسیل خودبه‌خودی تقویت شده، بسامد پیغام نوری را از طریق خواص غیر خطی مدوله می‌کند و باعث می‌شود توزیعی برای زمان دریافت تپها ایجاد شود. این پدیده را، که به وسیله گوردن و هرمان هاس از ام آی تی کشف شده است، اثر گوردن – هاس می‌نامند. این اثر را می‌توان با استفاده از صافی بسامدی راهنما، که تپ را در حوزه بسامد اصلاح می‌کند، کاهش داد. با این حال، در بهبود حاصل نیز محدودیت وجود دارد: برای جبران اتلاف ناشی از وجود صافی افزایش تقویت کنندگی لازم می‌شود، و این گسیل خود به خودی تقویت شده می‌افزاید.
در سال 1992 پیشرفت عمده‌ای حاصل شد که این محدودیت را برطرف کرد. در اثر این پیشرفت، انتشار بدون اشتباه سولیتون‌ها در مسافت 20000 کیلومتر با آهنگ Gb/s10، و در مسافت km13000 با آهنگ Gb/s20 با استفاده از دو کانال طول موجی هر یک با آهنگ Gb/s10، ممکن شده است. مولناور و همکارانش، با استفاده از نوعی صافی بسامدی متغیر به این موفقیت نایل آمدند. در این نوع صافی، بسامد راهنمای صافی پس از هر مرحله تقویت اندکی جابه‌جا می‌شود. این روش خط انتقالی به وجود می‌آورد که برای سولیتون‌ها شفاف است، زیرا سولیتون‌ها می‌توانند خود را با اندکی تغییر بسامد تطبیق دهند، اما نوفه ناشی از گسیل خود به خودی تقویت شده، که نمی‌تواند خود را با این تغییر بسامد تطبیق دهد، متوقف می‌شود. از آنجا که این کشف بر محدودیت‌های قبلی حاصل از اثر گوردن – هاس فائق آمده است، تحقیق بیشتری لازم است تا بنیادی جدیدی برای انتقال سولیتون‌ها مشخص شود انتظار می‌رود که سولیتون‌ها، با همه برتری‌هایشان تا انتهای دهه حاضر راه خود را به سیستم‌های تجارتی بیابند.
