ऑप्टिकल फाइबर संचार के क्षेत्र में ऑप्टिकल एम्पलीफायर

ऑप्टिकल फाइबर संचार के क्षेत्र में ऑप्टिकल एम्पलीफायर

An ऑप्टिकल एम्पलीफायरऑप्टिकल एम्पलीफायर एक ऐसा उपकरण है जो ऑप्टिकल संकेतों को बढ़ाता है। ऑप्टिकल फाइबर संचार के क्षेत्र में, यह मुख्य रूप से निम्नलिखित भूमिकाएँ निभाता है: 1. ऑप्टिकल शक्ति को बढ़ाना और प्रवर्धित करना। ऑप्टिकल ट्रांसमीटर के अग्र भाग में ऑप्टिकल एम्पलीफायर लगाकर, फाइबर में प्रवेश करने वाली ऑप्टिकल शक्ति को बढ़ाया जा सकता है। 2. ऑनलाइन रिले प्रवर्धन, ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणालियों में मौजूदा रिपीटर्स का स्थान लेना; 3. पूर्व-प्रवर्धन: प्राप्तकर्ता छोर पर फोटोडिटेक्टर से पहले, कमजोर प्रकाश संकेत को पूर्व-प्रवर्धित किया जाता है ताकि प्राप्ति संवेदनशीलता को बढ़ाया जा सके।

वर्तमान में, ऑप्टिकल फाइबर संचार में अपनाए जाने वाले ऑप्टिकल एम्पलीफायरों में मुख्य रूप से निम्नलिखित प्रकार शामिल हैं: 1. सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (एसओए ऑप्टिकल एम्पलीफायर)/सेमीकंडक्टर लेजर एम्पलीफायर (एसएलए ऑप्टिकल एम्पलीफायर); 2. दुर्लभ पृथ्वी-मिश्रित फाइबर एम्पलीफायर, जैसे कि बैट-मिश्रित फाइबर एम्पलीफायर (ईडीएफए ऑप्टिकल एम्पलीफायर), आदि। 3. नॉनलाइनियर फाइबर एम्पलीफायर, जैसे फाइबर रमन एम्पलीफायर, आदि। निम्नलिखित क्रमशः एक संक्षिप्त परिचय है।

1. सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर: विभिन्न अनुप्रयोग स्थितियों और अलग-अलग एंड फेस रिफ्लेक्टेंस के तहत, सेमीकंडक्टर लेजर कई प्रकार के सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर उत्पन्न कर सकते हैं। यदि सेमीकंडक्टर लेजर की ड्राइविंग धारा उसकी थ्रेशोल्ड से कम है, यानी कोई लेजर उत्पन्न नहीं हो रहा है, तो इस समय एक सिरे पर ऑप्टिकल सिग्नल इनपुट किया जाता है। जब तक इस ऑप्टिकल सिग्नल की आवृत्ति लेजर के स्पेक्ट्रल सेंटर के निकट होती है, तब तक इसे प्रवर्धित किया जाएगा और दूसरे सिरे से आउटपुट किया जाएगा। इस प्रकार कासेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायरइसे फैब्री-पेरोप प्रकार का ऑप्टिकल एम्पलीफायर (FP-SLA) कहा जाता है। यदि लेजर को थ्रेशोल्ड से ऊपर बायस किया जाता है, तो एक सिरे से आने वाले कमजोर सिंगल-मोड ऑप्टिकल सिग्नल की आवृत्ति जब तक इस मल्टीमोड लेजर के स्पेक्ट्रम के भीतर रहती है, तब तक ऑप्टिकल सिग्नल प्रवर्धित होकर एक निश्चित मोड पर लॉक हो जाता है। इस प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायर को इंजेक्शन-लॉक्ड प्रकार का एम्पलीफायर (IL-SLA) कहा जाता है। यदि किसी सेमीकंडक्टर लेजर के दोनों सिरों पर दर्पण कोटिंग की जाती है या एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्म की परत चढ़ाई जाती है, जिससे इसकी उत्सर्जन क्षमता बहुत कम हो जाती है और फैब्री-पेरोप अनुनाद गुहा नहीं बन पाती है, तो सक्रिय वेवगाइड परत से गुजरते समय ऑप्टिकल सिग्नल प्रवर्धित हो जाता है। इसलिए, इस प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायर को ट्रैवलिंग वेव प्रकार का ऑप्टिकल एम्पलीफायर (TW-SLA) कहा जाता है, और इसकी संरचना निम्नलिखित चित्र में दिखाई गई है। क्योंकि ट्रैवलिंग वेव प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायर की बैंडविड्थ फैब्री-पेरोट प्रकार के एम्पलीफायर की तुलना में तीन गुना अधिक होती है, और इसकी 3dB बैंडविड्थ 10THz तक पहुंच सकती है, इसलिए यह विभिन्न आवृत्तियों के ऑप्टिकल संकेतों को प्रवर्धित कर सकता है और एक अत्यंत आशाजनक ऑप्टिकल एम्पलीफायर है।

2. बैट-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर: इसमें तीन भाग होते हैं: पहला भाग कई मीटर से लेकर दसियों मीटर तक की लंबाई का डोप्ड फाइबर होता है। ये अशुद्धियाँ मुख्य रूप से दुर्लभ पृथ्वी आयन होते हैं, जो लेजर सक्रियण सामग्री बनाते हैं; दूसरा भाग लेजर पंप स्रोत होता है, जो डोप्ड दुर्लभ पृथ्वी आयनों को उत्तेजित करने के लिए उपयुक्त तरंग दैर्ध्य की ऊर्जा प्रदान करता है, जिससे प्रकाश का प्रवर्धन होता है। तीसरा भाग कपलर होता है, जो पंप प्रकाश और सिग्नल प्रकाश को डोप्ड ऑप्टिकल फाइबर सक्रियण सामग्री में युग्मित करता है। फाइबर एम्पलीफायर का कार्य सिद्धांत सॉलिड-स्टेट लेजर के समान ही होता है। यह लेजर-सक्रिय सामग्री के भीतर एक व्युत्क्रमित कण संख्या वितरण अवस्था उत्पन्न करता है और उत्तेजित विकिरण उत्पन्न करता है। एक स्थिर कण संख्या व्युत्क्रमण वितरण अवस्था बनाने के लिए, ऑप्टिकल संक्रमण में दो से अधिक ऊर्जा स्तरों का शामिल होना आवश्यक है, आमतौर पर तीन-स्तरीय और चार-स्तरीय प्रणालियाँ, जिनमें पंप स्रोत से ऊर्जा की निरंतर आपूर्ति होती है। ऊर्जा को प्रभावी ढंग से प्रदान करने के लिए, पंप फोटॉन की तरंगदैर्घ्य लेजर फोटॉन की तरंगदैर्घ्य से कम होनी चाहिए, यानी पंप फोटॉन की ऊर्जा लेजर फोटॉन की ऊर्जा से अधिक होनी चाहिए। इसके अलावा, अनुनादी गुहा एक सकारात्मक प्रतिक्रिया उत्पन्न करती है, और इस प्रकार एक लेजर एम्पलीफायर बनाया जा सकता है।

3. नॉनलाइनियर फाइबर एम्पलीफायर: नॉनलाइनियर फाइबर एम्पलीफायर और एर्बियम फाइबर एम्पलीफायर दोनों ही फाइबर एम्पलीफायर की श्रेणी में आते हैं। हालांकि, नॉनलाइनियर फाइबर एम्पलीफायर क्वार्ट्ज फाइबर के नॉनलाइनियर प्रभाव का उपयोग करते हैं, जबकि एर्बियम फाइबर एम्पलीफायर सक्रिय माध्यम पर कार्य करने के लिए एर्बियम-मिश्रित क्वार्ट्ज फाइबर का उपयोग करते हैं। साधारण क्वार्ट्ज ऑप्टिकल फाइबर उपयुक्त तरंग दैर्ध्य के प्रबल पंप प्रकाश की क्रिया के तहत मजबूत नॉनलाइनियर प्रभाव उत्पन्न करते हैं, जैसे कि उत्तेजित रमन प्रकीर्णन (SRS), उत्तेजित ब्रिलौइन प्रकीर्णन (SBS), और चार-तरंग मिश्रण प्रभाव। जब सिग्नल पंप प्रकाश के साथ ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से संचारित होता है, तो सिग्नल प्रकाश को प्रवर्धित किया जा सकता है। इस प्रकार, वे फाइबर रमन एम्पलीफायर (FRA), ब्रिलौइन एम्पलीफायर (FBA), और पैरामीट्रिक एम्पलीफायर बनाते हैं, ये सभी वितरित फाइबर एम्पलीफायर हैं।

सारांश: सभी ऑप्टिकल एम्पलीफायरों की सामान्य विकास दिशा उच्च लाभ, उच्च आउटपुट शक्ति और कम शोर आंकड़ा है।