सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर क्या है?

क्या है एकसेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर

सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर एक प्रकार का ऑप्टिकल एम्पलीफायर है जो सेमीकंडक्टर गेन माध्यम का उपयोग करता है। यह लेजर डायोड के समान है, जिसमें निचले सिरे पर लगे दर्पण को अर्ध-परावर्तक कोटिंग से बदल दिया जाता है। सिग्नल प्रकाश एक सेमीकंडक्टर सिंगल-मोड वेवगाइड से होकर गुजरता है। वेवगाइड का अनुप्रस्थ आयाम 1-2 माइक्रोमीटर होता है और इसकी लंबाई लगभग 0.5-2 मिमी होती है। वेवगाइड मोड का सक्रिय (एम्प्लीफिकेशन) क्षेत्र के साथ महत्वपूर्ण ओवरलैप होता है, जिसे करंट द्वारा पंप किया जाता है। इंजेक्ट किया गया करंट कंडक्शन बैंड में एक निश्चित कैरियर सांद्रता उत्पन्न करता है, जिससे कंडक्शन बैंड का वैलेंस बैंड में ऑप्टिकल संक्रमण संभव हो पाता है। अधिकतम गेन तब प्राप्त होता है जब फोटॉन ऊर्जा बैंडगैप ऊर्जा से थोड़ी अधिक होती है। SOA ऑप्टिकल एम्पलीफायर का उपयोग आमतौर पर दूरसंचार प्रणालियों में पिगटेल के रूप में किया जाता है, जिसकी ऑपरेटिंग तरंगदैर्ध्य लगभग 1300nm या 1500nm होती है और यह लगभग 30dB का गेन प्रदान करता है।

एसओए सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायरयह एक स्ट्रेन क्वांटम वेल संरचना वाला पीएन जंक्शन उपकरण है। बाह्य अग्र बायस परावैद्युत कणों की संख्या को उलट देता है। बाह्य उत्तेजना प्रकाश के प्रवेश करने के बाद, उत्तेजित विकिरण उत्पन्न होता है, जिससे प्रकाशीय संकेतों का प्रवर्धन होता है। उपरोक्त तीनों ऊर्जा स्थानांतरण प्रक्रियाएं इसमें मौजूद हैं।एसओए ऑप्टिकल एम्पलीफायरप्रकाशीय संकेतों का प्रवर्धन उत्तेजित उत्सर्जन पर आधारित है। उत्तेजित अवशोषण और उत्तेजित उत्सर्जन प्रक्रियाएं एक साथ होती हैं। पंप प्रकाश के उत्तेजित अवशोषण का उपयोग वाहकों की पुनर्प्राप्ति को तेज करने के लिए किया जा सकता है, और साथ ही, विद्युत पंप इलेक्ट्रॉनों को उच्च ऊर्जा स्तर (चालन बैंड) तक भेज सकता है। जब स्वतःस्फूर्त विकिरण का प्रवर्धन होता है, तो यह प्रवर्धित स्वतःस्फूर्त विकिरण शोर उत्पन्न करता है। एसओए प्रकाशीय प्रवर्धन अर्धचालक चिप्स पर आधारित है।

सेमीकंडक्टर चिप्स मिश्रित सेमीकंडक्टरों से बनी होती हैं, जैसे GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP और InP/InAlGaAs आदि। ये सेमीकंडक्टर लेजर बनाने के लिए भी उपयोग की जाने वाली सामग्रियां हैं। SOA का वेवगाइड डिज़ाइन लेजर के समान या उससे मिलता-जुलता होता है। अंतर यह है कि लेजर को ऑप्टिकल सिग्नल के दोलन को उत्पन्न और बनाए रखने के लिए गेन माध्यम के चारों ओर एक अनुनादी गुहा (रेजोनेंट कैविटी) बनाने की आवश्यकता होती है। आउटपुट होने से पहले ऑप्टिकल सिग्नल गुहा में कई गुना प्रवर्धित होता है।एसओए एम्पलीफायर(यहाँ हम जिस विषय पर चर्चा कर रहे हैं वह अधिकांश अनुप्रयोगों में उपयोग होने वाले ट्रैवलिंग वेव एम्पलीफायरों तक सीमित है), प्रकाश को गेन माध्यम से केवल एक बार गुजरना पड़ता है, और पश्चगामी परावर्तन न्यूनतम होता है। एसओए एम्पलीफायर संरचना में तीन क्षेत्र होते हैं: क्षेत्र P, क्षेत्र I (सक्रिय परत या नोड), और क्षेत्र N। सक्रिय परत आमतौर पर क्वांटम वेल्स से बनी होती है, जो फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता में सुधार कर सकती है और थ्रेशोल्ड करंट को कम कर सकती है।

चित्र 1 ऑप्टिकल पल्स उत्पन्न करने के लिए एकीकृत एसओए के साथ फाइबर लेजर

चैनल स्थानांतरण पर लागू

एसओए का उपयोग आमतौर पर केवल प्रवर्धन के लिए ही नहीं किया जाता है: इनका उपयोग ऑप्टिकल फाइबर संचार के क्षेत्र में भी किया जा सकता है, जैसे कि संतृप्ति लाभ या क्रॉस-फेज ध्रुवीकरण जैसी अरैखिक प्रक्रियाओं पर आधारित अनुप्रयोगों में, जो एसओए ऑप्टिकल एम्पलीफायर में वाहक सांद्रता के परिवर्तन का उपयोग करके विभिन्न अपवर्तक सूचकांक प्राप्त करते हैं। इन प्रभावों को तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग प्रणालियों में चैनल स्थानांतरण (तरंगदैर्ध्य रूपांतरण), मॉड्यूलेशन प्रारूप रूपांतरण, क्लॉक रिकवरी, सिग्नल पुनर्जनन और पैटर्न पहचान आदि में लागू किया जा सकता है।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक इंटीग्रेटेड सर्किट प्रौद्योगिकी की प्रगति और विनिर्माण लागत में कमी के साथ, बुनियादी एम्पलीफायर, कार्यात्मक ऑप्टिकल उपकरण और सबसिस्टम घटकों के रूप में एसओए सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर के अनुप्रयोग क्षेत्र का विस्तार जारी रहेगा।