अर्धचालक ऑप्टिकल एम्पलीफायर क्या है?

क्या है एकअर्धचालक ऑप्टिकल एम्पलीफायर

अर्धचालक प्रकाशीय प्रवर्धक एक प्रकार का प्रकाशीय प्रवर्धक है जो अर्धचालक लब्धि माध्यम का उपयोग करता है। यह एक लेज़र डायोड के समान होता है, जिसमें निचले सिरे पर स्थित दर्पण को अर्ध-परावर्तक लेप से बदल दिया जाता है। संकेत प्रकाश एक अर्धचालक एकल-विधा वेवगाइड के माध्यम से प्रेषित होता है। वेवगाइड का अनुप्रस्थ आयाम 1-2 माइक्रोमीटर होता है और इसकी लंबाई लगभग 0.5-2 मिमी होती है। वेवगाइड विधा का सक्रिय (प्रवर्धन) क्षेत्र के साथ एक महत्वपूर्ण अतिव्यापन होता है, जो धारा द्वारा पंप किया जाता है। प्रक्षेपित धारा चालन बैंड में एक निश्चित वाहक सांद्रता उत्पन्न करती है, जिससे चालन बैंड का संयोजकता बैंड में प्रकाशीय संक्रमण संभव होता है। शिखर लब्धि तब होती है जब फोटॉन ऊर्जा बैंडगैप ऊर्जा से थोड़ी अधिक होती है। SOA प्रकाशीय प्रवर्धक का उपयोग आमतौर पर दूरसंचार प्रणालियों में पिगटेल के रूप में किया जाता है, जिसकी प्रचालन तरंगदैर्ध्य लगभग 1300nm या 1500nm होती है, जो लगभग 30dB का लब्धि प्रदान करती है।

SOA अर्धचालक ऑप्टिकल एम्पलीफायरयह एक PN जंक्शन उपकरण है जिसमें स्ट्रेन क्वांटम वेल संरचना होती है। बाह्य अग्र अभिनति परावैद्युत कणों की संख्या को उलट देती है। बाह्य उत्तेजन प्रकाश के प्रवेश करने के बाद, उद्दीप्त विकिरण उत्पन्न होता है, जिससे प्रकाशिक संकेतों का प्रवर्धन होता है। उपरोक्त तीनों ऊर्जा स्थानांतरण प्रक्रियाएँ इसमें मौजूद होती हैं।SOA ऑप्टिकल एम्पलीफायरप्रकाशिक संकेतों का प्रवर्धन प्रेरित उत्सर्जन पर आधारित है। प्रेरित अवशोषण और प्रेरित उत्सर्जन प्रक्रियाएँ एक साथ होती हैं। पंप प्रकाश के प्रेरित अवशोषण का उपयोग वाहकों की पुनर्प्राप्ति में तेज़ी लाने के लिए किया जा सकता है, और साथ ही, विद्युत पंप इलेक्ट्रॉनों को उच्च ऊर्जा स्तर (चालन बैंड) पर भेज सकता है। जब स्वतःस्फूर्त विकिरण का प्रवर्धन होता है, तो यह प्रवर्धित स्वतःस्फूर्त विकिरण शोर उत्पन्न करता है। SOA प्रकाशिक प्रवर्धक अर्धचालक चिप्स पर आधारित है।

अर्धचालक चिप्स यौगिक अर्धचालकों से बने होते हैं, जैसे GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP और InP/InAlGaAs, आदि। ये अर्धचालक लेज़र बनाने के लिए भी सामग्री हैं। SOA का वेवगाइड डिज़ाइन लेज़रों के समान या उससे मिलता-जुलता है। अंतर यह है कि लेज़रों को प्रकाशीय संकेत के दोलन को उत्पन्न करने और बनाए रखने के लिए लाभ माध्यम के चारों ओर एक अनुनाद गुहा बनाने की आवश्यकता होती है। आउटपुट होने से पहले प्रकाशीय संकेत गुहा में कई बार प्रवर्धित किया जाएगा।SOA एम्पलीफायर(हम यहाँ जिस पर चर्चा कर रहे हैं वह अधिकांश अनुप्रयोगों में प्रयुक्त प्रगामी तरंग प्रवर्धकों तक सीमित है), प्रकाश को केवल एक बार लाभ माध्यम से गुजरना पड़ता है, और पश्च परावर्तन न्यूनतम होता है। SOA प्रवर्धक 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 प्रकाश-विद्युत रूपांतरण दक्षता में सुधार कर सकती है और थ्रेशोल्ड धारा को कम कर सकती है।

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

चैनल स्थानांतरण पर लागू

SOA आमतौर पर केवल प्रवर्धन के लिए ही लागू नहीं होते: इनका उपयोग ऑप्टिकल फाइबर संचार के क्षेत्र में भी किया जा सकता है, संतृप्ति लाभ या क्रॉस-फ़ेज़ ध्रुवीकरण जैसी अरैखिक प्रक्रियाओं पर आधारित अनुप्रयोगों में, जो SOA ऑप्टिकल एम्पलीफायर में वाहक सांद्रता में परिवर्तन का उपयोग करके विभिन्न अपवर्तक सूचकांक प्राप्त करते हैं। ये प्रभाव तरंगदैर्ध्य विभाजन बहुसंकेतन प्रणालियों में चैनल स्थानांतरण (तरंगदैर्ध्य रूपांतरण), मॉडुलन प्रारूप रूपांतरण, घड़ी पुनर्प्राप्ति, संकेत पुनर्जनन और पैटर्न पहचान आदि पर लागू किए जा सकते हैं।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकृत सर्किट प्रौद्योगिकी की उन्नति और विनिर्माण लागत में कमी के साथ, बुनियादी एम्पलीफायरों, कार्यात्मक ऑप्टिकल उपकरणों और उप-प्रणाली घटकों के रूप में SOA सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर के अनुप्रयोग क्षेत्रों का विस्तार जारी रहेगा।