ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशनच्या क्षेत्रातील ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर

ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशनच्या क्षेत्रातील ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर

An ऑप्टिकल अॅम्प्लीफायरहे एक असे उपकरण आहे जे ऑप्टिकल सिग्नल्सना प्रवर्धित करते. ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशनच्या क्षेत्रात, ते प्रामुख्याने खालील भूमिका बजावते: १. ऑप्टिकल पॉवर वाढवणे आणि प्रवर्धित करणे. ऑप्टिकल ट्रान्समीटरच्या सुरुवातीला ऑप्टिकल अँप्लिफायर ठेवून, फायबरमध्ये प्रवेश करणारी ऑप्टिकल पॉवर वाढवता येते. २. ऑनलाइन रिले अँप्लिफिकेशन, जे ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टीममधील सध्याच्या रिपीटर्सची जागा घेते; ३. प्री-अँप्लिफिकेशन: रिसिव्हिंग एंडवरील फोटोडिटेक्टरच्या आधी, रिसिव्हिंग सेन्सिटिव्हिटी वाढवण्यासाठी क्षीण प्रकाश सिग्नलला प्री-अँप्लिफाय केले जाते.

सध्या, ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशनमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्समध्ये प्रामुख्याने खालील प्रकारांचा समावेश होतो: १. सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर (SOA ऑप्टिकल अँप्लिफायर)/सेमीकंडक्टर लेझर अँप्लिफायर (SLA ऑप्टिकल अँप्लिफायर); २. रेअर अर्थ-डोप्ड फायबर अँप्लिफायर, जसे की बेट-डोप्ड फायबर अँप्लिफायर (EDFA ऑप्टिकल अँप्लिफायर), इत्यादी. ३. नॉनलाइनर फायबर अॅम्प्लिफायर, जसे की फायबर रमन अॅम्प्लिफायर, इत्यादी. खाली अनुक्रमे संक्षिप्त परिचय दिला आहे.

१. सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर: वेगवेगळ्या वापराच्या परिस्थितींमध्ये आणि वेगवेगळ्या एंड फेस रिफ्लेक्टन्ससह, सेमीकंडक्टर लेझर्स विविध प्रकारचे सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर तयार करू शकतात. जर सेमीकंडक्टर लेझरचा ड्रायव्हिंग करंट त्याच्या थ्रेशोल्डपेक्षा कमी असेल, म्हणजेच, लेझर तयार होत नसेल, तर यावेळी एका टोकाला एक ऑप्टिकल सिग्नल इनपुट केला जातो. जोपर्यंत या ऑप्टिकल सिग्नलची फ्रिक्वेन्सी लेझरच्या स्पेक्ट्रल सेंटरच्या जवळ असते, तोपर्यंत त्याचे अॅम्प्लिफिकेशन होऊन ते दुसऱ्या टोकातून आउटपुट होते. या प्रकारचेसेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लीफायरयाला फॅब्री-पेरोप प्रकारचा ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर (FP-SLA) म्हणतात. जर लेझरला थ्रेशोल्डच्या वर बायस केले असेल, तर एका टोकाकडून येणारा कमकुवत सिंगल-मोड ऑप्टिकल सिग्नल, जोपर्यंत या ऑप्टिकल सिग्नलची फ्रिक्वेन्सी या मल्टीमोड लेझरच्या स्पेक्ट्रममध्ये असते, तोपर्यंत तो ऑप्टिकल सिग्नल ॲम्प्लिफाय होऊन एका विशिष्ट मोडमध्ये लॉक होतो. या प्रकारच्या ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरला इंजेक्शन-लॉक्ड प्रकारचा ॲम्प्लिफायर (IL-SLA) म्हणतात. जर सेमीकंडक्टर लेझरच्या दोन्ही टोकांवर अँटी-रिफ्लेक्शन फिल्मचा थर मिरर-कोटेड किंवा इव्हॅपोरेटेड असेल, ज्यामुळे त्याची एमिसिव्हिटी खूप कमी होते आणि फॅब्री-पेरो रेझोनंट कॅव्हिटी तयार होऊ शकत नाही, तर जेव्हा ऑप्टिकल सिग्नल ॲक्टिव्ह वेव्हगाईड लेयरमधून जातो, तेव्हा प्रवास करताना तो ॲम्प्लिफाय होतो. त्यामुळे, या प्रकारच्या ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरला ट्रॅव्हलिंग वेव्ह प्रकारचा ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर (TW-SLA) म्हणतात आणि त्याची रचना खालील आकृतीत दर्शविली आहे. ट्रॅव्हलिंग वेव्ह प्रकारच्या ऑप्टिकल अँम्प्लिफायरची बँडविड्थ फॅब्री-पेरो प्रकारच्या अँम्प्लिफायरपेक्षा तीन पटीने जास्त असल्यामुळे आणि त्याची 3dB बँडविड्थ 10THz पर्यंत पोहोचू शकत असल्यामुळे, ते विविध फ्रिक्वेन्सीच्या ऑप्टिकल सिग्नल्सना अँप्लिफाय करू शकते आणि एक अत्यंत आश्वासक ऑप्टिकल अँम्प्लिफायर आहे.

२. बेट-डोप्ड फायबर अॅम्प्लिफायर: यात तीन भाग असतात: पहिला भाग म्हणजे काही मीटर ते दहा मीटर लांबीचा डोप्ड फायबर. या अशुद्धी प्रामुख्याने दुर्मिळ पृथ्वी आयन (rare earth ions) असतात, जे लेझर सक्रियकरण सामग्री (laser activation material) तयार करतात; दुसरा भाग म्हणजे लेझर पंप स्रोत (laser pump source), जो प्रकाशाचे प्रवर्धन (amplification) साधण्यासाठी डोप्ड दुर्मिळ पृथ्वी आयनांना उत्तेजित करण्याकरिता योग्य तरंगलांबीची ऊर्जा पुरवतो. तिसरा भाग म्हणजे कपलर (coupler), जो पंप प्रकाश आणि सिग्नल प्रकाशाला डोप्ड ऑप्टिकल फायबरच्या सक्रियकरण सामग्रीमध्ये जोडण्यास सक्षम करतो. फायबर अॅम्प्लिफायरचे कार्यतत्त्व सॉलिड-स्टेट लेझरसारखेच असते. यामुळे लेझर-सक्रिय सामग्रीमध्ये कणांच्या संख्येच्या वितरणाची उलटी स्थिती निर्माण होते आणि उत्तेजित किरणोत्सर्ग (stimulated radiation) निर्माण होतो. कणांच्या संख्येच्या वितरणाची स्थिर उलटी स्थिती निर्माण करण्यासाठी, ऑप्टिकल संक्रमणामध्ये दोनपेक्षा जास्त ऊर्जा पातळ्यांचा समावेश असणे आवश्यक असते, सामान्यतः तीन-स्तरीय आणि चार-स्तरीय प्रणाली, आणि पंप स्रोताकडून ऊर्जेचा सतत पुरवठा असणे आवश्यक असते. प्रभावीपणे ऊर्जा पुरवण्यासाठी, पंप फोटॉनची तरंगलांबी लेझर फोटॉनच्या तरंगलांबीपेक्षा कमी असावी, म्हणजेच पंप फोटॉनची ऊर्जा लेझर फोटॉनच्या ऊर्जेपेक्षा जास्त असावी. शिवाय, रेझोनंट कॅव्हिटी एक पॉझिटिव्ह फीडबॅक तयार करते आणि त्यामुळे लेझर ॲम्प्लिफायर तयार होऊ शकतो.

३. नॉनलाइनियर फायबर अॅम्प्लिफायर: नॉनलाइनियर फायबर अॅम्प्लिफायर आणि अर्बियम फायबर अॅम्प्लिफायर दोन्ही फायबर अॅम्प्लिफायरच्या श्रेणीत येतात. तथापि, पहिल्या प्रकारात क्वार्ट्झ फायबरच्या नॉनलाइनियर परिणामाचा उपयोग केला जातो, तर दुसऱ्या प्रकारात सक्रिय माध्यमांवर कार्य करण्यासाठी अर्बियम-मिश्रित क्वार्ट्झ फायबरचा वापर केला जातो. सामान्य क्वार्ट्झ ऑप्टिकल फायबर योग्य तरंगलांबीच्या तीव्र पंप प्रकाशाच्या प्रभावाखाली तीव्र नॉनलाइनियर परिणाम निर्माण करतात, जसे की स्टिम्युलेटेड रमन स्कॅटरिंग (SRS), स्टिम्युलेटेड ब्रिलुइन स्कॅटरिंग (SBS), आणि फोर-वेव्ह मिक्सिंग इफेक्ट्स. जेव्हा सिग्नल पंप प्रकाशासोबत ऑप्टिकल फायबरमधून प्रसारित केला जातो, तेव्हा सिग्नल प्रकाशाचे प्रवर्धन होऊ शकते. अशाप्रकारे, फायबर रमन अॅम्प्लिफायर (FRA), ब्रिलुइन अॅम्प्लिफायर (FBA), आणि पॅरामेट्रिक अॅम्प्लिफायर तयार होतात, जे सर्व वितरित फायबर अॅम्प्लिफायर आहेत.

सारांश: सर्व ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर्सच्या विकासाची सामान्य दिशा म्हणजे उच्च गेन, उच्च आउटपुट पॉवर आणि कमी नॉईज फिगर होय.