कसेसेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लीफायरप्रवर्धन साध्य करायचे आहे का?
मोठ्या क्षमतेच्या ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशनच्या युगाच्या आगमनानंतर, ऑप्टिकल ॲम्प्लिफिकेशन तंत्रज्ञान वेगाने विकसित झाले आहे.ऑप्टिकल अॅम्प्लीफायरउत्तेजित प्रारण किंवा उत्तेजित विखुरणाच्या आधारावर इनपुट ऑप्टिकल सिग्नल्सचे प्रवर्धन करणे. कार्य तत्त्वानुसार, ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सचे सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्समध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते.एसओए) आणिऑप्टिकल फायबर अॅम्प्लीफायरत्यांच्यापैकी,सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायरविस्तृत गेन बँड, उत्तम एकीकरण आणि विस्तृत तरंगलांबी श्रेणी या फायद्यांमुळे ऑप्टिकल कम्युनिकेशनमध्ये यांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. ते सक्रिय आणि निष्क्रिय भागांनी बनलेले असतात, आणि सक्रिय भाग हा गेन भाग असतो. जेव्हा प्रकाश सिग्नल सक्रिय भागातून जातो, तेव्हा इलेक्ट्रॉन ऊर्जा गमावून फोटॉनच्या रूपात मूळ स्थितीत परत येतात, ज्यांची तरंगलांबी प्रकाश सिग्नलच्या तरंगलांबीइतकीच असते, त्यामुळे प्रकाश सिग्नलचे प्रवर्धन होते. सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर ड्रायव्हिंग करंटद्वारे सेमीकंडक्टर कॅरिअरचे उलट कणांमध्ये रूपांतर करतो, इंजेक्ट केलेल्या सीड लाईटच्या ॲम्प्लिट्यूडचे प्रवर्धन करतो आणि इंजेक्ट केलेल्या सीड लाईटची ध्रुवीकरण, लाइन रुंदी आणि वारंवारता यांसारखी मूलभूत भौतिक वैशिष्ट्ये टिकवून ठेवतो. कार्यरत करंट वाढल्याने, आउटपुट ऑप्टिकल पॉवरमध्येही एका विशिष्ट कार्यात्मक संबंधात वाढ होते.
परंतु या वाढीला मर्यादा आहेत, कारण सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्समध्ये गेन सॅचुरेशनची (gain saturation) घटना दिसून येते. या घटनेनुसार, जेव्हा इनपुट ऑप्टिकल पॉवर स्थिर असते, तेव्हा इंजेक्टेड कॅरिअरच्या (injected carrier) एकाग्रतेच्या वाढीबरोबर गेन वाढतो, परंतु जेव्हा इंजेक्टेड कॅरिअरची एकाग्रता खूप जास्त होते, तेव्हा गेन सॅचुरेट होतो किंवा कमीही होतो. जेव्हा इंजेक्टेड कॅरिअरची एकाग्रता स्थिर असते, तेव्हा इनपुट पॉवरच्या वाढीबरोबर आउटपुट पॉवर वाढते, परंतु जेव्हा इनपुट ऑप्टिकल पॉवर खूप जास्त असते, तेव्हा उत्तेजित रेडिएशनमुळे (excited radiation) होणारा कॅरिअर वापराचा दर खूप जास्त असतो, ज्यामुळे गेन सॅचुरेशन होते किंवा कमी होतो. गेन सॅचुरेशनच्या घटनेचे कारण म्हणजे ॲक्टिव्ह रिजन मटेरियलमधील इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉन यांच्यातील आंतरक्रिया. गेन माध्यमात निर्माण झालेले फोटॉन असोत किंवा बाहेरील फोटॉन असोत, उत्तेजित रेडिएशनद्वारे कॅरिअर्स वापरण्याचा दर हा, कॅरिअर्स वेळेनुसार संबंधित ऊर्जा पातळीवर पुन्हा भरण्याच्या दराशी संबंधित असतो. उत्तेजित रेडिएशन व्यतिरिक्त, इतर घटकांमुळे वापरला जाणारा कॅरिअरचा दर देखील बदलतो, ज्यामुळे गेन सॅचुरेशनवर प्रतिकूल परिणाम होतो.
सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सचे सर्वात महत्त्वाचे कार्य लिनियर ॲम्प्लिफिकेशन (linear amplification) करणे हे असल्याने, मुख्यत्वे ॲम्प्लिफिकेशन साध्य करण्यासाठी, त्यांचा वापर कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये पॉवर ॲम्प्लिफायर, लाइन ॲम्प्लिफायर आणि प्रीॲम्प्लिफायर म्हणून केला जाऊ शकतो. ट्रान्समिटिंग एंडवर, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरचा वापर पॉवर ॲम्प्लिफायर म्हणून केला जातो, ज्यामुळे सिस्टीमच्या ट्रान्समिटिंग एंडवरील आउटपुट पॉवर वाढते आणि सिस्टीम ट्रंकचे रिले अंतर मोठ्या प्रमाणात वाढू शकते. ट्रान्समिशन लाइनमध्ये, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरचा वापर लिनियर रिले ॲम्प्लिफायर म्हणून केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे ट्रान्समिशन रीजनरेटिव्ह रिले अंतर पुन्हा मोठ्या प्रमाणात वाढवता येते. रिसिव्हिंग एंडवर, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरचा वापर प्रीॲम्प्लिफायर म्हणून केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे रिसीव्हरची संवेदनशीलता मोठ्या प्रमाणात सुधारते. सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सच्या गेन सॅचुरेशन वैशिष्ट्यांमुळे प्रति बिट गेन हा मागील बिट सिक्वेन्सशी संबंधित असतो. लहान चॅनेल्समधील पॅटर्न इफेक्टला क्रॉस-गेन मॉड्युलेशन इफेक्ट असेही म्हटले जाऊ शकते. हे तंत्र अनेक चॅनेल्समधील क्रॉस-गेन मॉड्युलेशन इफेक्टच्या सांख्यिकीय सरासरीचा वापर करते आणि बीम टिकवून ठेवण्यासाठी प्रक्रियेत मध्यम तीव्रतेची कंटीन्युअस वेव्ह सादर करते, ज्यामुळे ॲम्प्लिफायरचा एकूण गेन संकुचित होतो. त्यामुळे चॅनेलमधील क्रॉस-गेन मॉड्युलेशन प्रभाव कमी होतो.
सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सची रचना साधी असते, त्यांचे एकत्रीकरण सोपे असते, ते वेगवेगळ्या तरंगलांबीच्या ऑप्टिकल सिग्नल्सना प्रवर्धित करू शकतात आणि विविध प्रकारच्या लेझर्सच्या एकत्रीकरणात त्यांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. सध्या, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सवर आधारित लेझर एकत्रीकरण तंत्रज्ञान सतत प्रगल्भ होत आहे, परंतु खालील तीन बाबींमध्ये अजूनही प्रयत्न करणे आवश्यक आहे. पहिली बाब म्हणजे ऑप्टिकल फायबरसोबत होणारे कपलिंग लॉस कमी करणे. सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरची मुख्य समस्या ही आहे की फायबरसोबत होणारे कपलिंग लॉस मोठे असते. कपलिंगची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, परावर्तन लॉस कमी करण्याकरिता, बीमची समरूपता सुधारण्याकरिता आणि उच्च कार्यक्षमतेचे कपलिंग साध्य करण्याकरिता कपलिंग सिस्टीममध्ये एक लेन्स जोडली जाऊ शकते. दुसरी बाब म्हणजे सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सची ध्रुवीकरण संवेदनशीलता कमी करणे. ध्रुवीकरण वैशिष्ट्य मुख्यत्वे आपाती प्रकाशाच्या ध्रुवीकरण संवेदनशीलतेचा संदर्भ देते. जर सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरवर विशेष प्रक्रिया केली गेली नाही, तर गेनची प्रभावी बँडविड्थ कमी होईल. क्वांटम वेल रचना सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सची स्थिरता प्रभावीपणे सुधारू शकते. सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सची ध्रुवीकरण संवेदनशीलता कमी करण्यासाठी एका साध्या आणि उत्कृष्ट क्वांटम वेल रचनेचा अभ्यास करणे शक्य आहे. तिसरा मुद्दा म्हणजे एकात्मिक प्रक्रियेचे अनुकूलन. सध्या, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर आणि लेझर यांचे एकत्रीकरण तांत्रिक प्रक्रियेत खूप गुंतागुंतीचे आणि किचकट आहे, ज्यामुळे ऑप्टिकल सिग्नल ट्रान्समिशनमध्ये मोठे नुकसान होते, डिव्हाइस इन्सर्शन लॉस होतो आणि खर्चही खूप जास्त येतो. म्हणून, आपण एकात्मिक उपकरणांची रचना अनुकूलित करण्याचा आणि उपकरणांची अचूकता सुधारण्याचा प्रयत्न केला पाहिजे.
ऑप्टिकल कम्युनिकेशन तंत्रज्ञानामध्ये, ऑप्टिकल ॲम्प्लिफिकेशन तंत्रज्ञान हे एक सहाय्यक तंत्रज्ञान आहे आणि सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर तंत्रज्ञान वेगाने विकसित होत आहे. सध्या, सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सच्या कार्यक्षमतेत मोठी सुधारणा झाली आहे, विशेषतः वेव्हलेंथ डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सिंग किंवा ऑप्टिकल स्विचिंग मोड्स यांसारख्या नवीन पिढीच्या ऑप्टिकल तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे. माहिती उद्योगाच्या विकासाबरोबर, विविध बँड्स आणि विविध अनुप्रयोगांसाठी योग्य असे ऑप्टिकल ॲम्प्लिफिकेशन तंत्रज्ञान सादर केले जाईल, आणि नवीन तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे व संशोधनामुळे सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर तंत्रज्ञानाचा विकास आणि भरभराट अटळपणे सुरू राहील.
पोस्ट करण्याची वेळ: २५ फेब्रुवारी २०२५