सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर म्हणजे काय?

काय आहेसेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लीफायर

सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर हा एक प्रकारचा ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर आहे जो सेमीकंडक्टर गेन माध्यमाचा वापर करतो. तो लेझर डायोडसारखाच असतो, ज्यामध्ये खालच्या टोकाकडील आरशाऐवजी अर्ध-परावर्तक लेप लावलेला असतो. सिग्नल प्रकाश एका सेमीकंडक्टर सिंगल-मोड वेव्हगाइडमधून प्रसारित केला जातो. वेव्हगाइडचे आडवे परिमाण १-२ मायक्रोमीटर असते आणि त्याची लांबी सुमारे ०.५-२ मिमी असते. वेव्हगाइड मोडचा सक्रिय (अॅम्प्लिफिकेशन) क्षेत्राशी लक्षणीय ओव्हरलॅप असतो, ज्याला प्रवाहाद्वारे पंप केले जाते. इंजेक्ट केलेला प्रवाह कंडक्शन बँडमध्ये विशिष्ट वाहक सांद्रता निर्माण करतो, ज्यामुळे कंडक्शन बँडचे व्हॅलेन्स बँडमध्ये ऑप्टिकल संक्रमण शक्य होते. जेव्हा फोटॉन ऊर्जा बँडगॅप ऊर्जेपेक्षा किंचित जास्त असते, तेव्हा सर्वोच्च गेन प्राप्त होतो. एसओए ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर सामान्यतः दूरसंचार प्रणालींमध्ये पिगटेलच्या स्वरूपात वापरला जातो, ज्याची ऑपरेटिंग तरंगलांबी सुमारे १३००nm किंवा १५००nm असते आणि तो अंदाजे ३०dB गेन प्रदान करतो.

SOA सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लीफायरहे स्ट्रेन क्वांटम वेल संरचना असलेले एक पीएन जंक्शन उपकरण आहे. बाह्य फॉरवर्ड बायसमुळे डायलेक्ट्रिक कणांची संख्या उलट होते. बाह्य उत्तेजन प्रकाश आत शिरल्यानंतर, उत्तेजित प्रारण निर्माण होते, ज्यामुळे ऑप्टिकल सिग्नलचे प्रवर्धन साधले जाते. वरील तिन्ही ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रिया यामध्ये अस्तित्वात आहेत.SOA ऑप्टिकल अँप्लिफायरऑप्टिकल सिग्नलचे प्रवर्धन उत्तेजित उत्सर्जनावर आधारित आहे. उत्तेजित शोषण आणि उत्तेजित उत्सर्जन प्रक्रिया एकाच वेळी अस्तित्वात असतात. पंप प्रकाशाच्या उत्तेजित शोषणाचा उपयोग वाहकांच्या पुनर्प्राप्तीला गती देण्यासाठी केला जाऊ शकतो आणि त्याच वेळी, इलेक्ट्रिक पंप इलेक्ट्रॉनला उच्च ऊर्जा पातळीवर (वाहक पट्टीत) पाठवू शकतो. जेव्हा स्वयंस्फूर्त प्रारणाचे प्रवर्धन होते, तेव्हा प्रवर्धित स्वयंस्फूर्त प्रारण गोंगाट (नॉइज) तयार होतो. एसओए (SOA) ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायर सेमीकंडक्टर चिप्सवर आधारित असतो.

सेमीकंडक्टर चिप्स या GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP आणि InP/InAlGaAs इत्यादींसारख्या संयुक्त सेमीकंडक्टरपासून बनलेल्या असतात. सेमीकंडक्टर लेझर बनवण्यासाठी देखील याच सामग्रीचा वापर केला जातो. SOA ची वेव्हगाईड रचना लेझरच्या रचनेसारखीच किंवा तिच्याशी मिळतीजुळती असते. फरक इतकाच आहे की, ऑप्टिकल सिग्नलचे दोलन निर्माण करण्यासाठी आणि ते टिकवून ठेवण्यासाठी लेझरला गेन माध्यमाभोवती एक अनुनादी पोकळी (resonant cavity) तयार करावी लागते. आउटपुट होण्यापूर्वी, ऑप्टिकल सिग्नल त्या पोकळीमध्ये अनेक पटींनी प्रवर्धित (amplify) केला जातो.SOA अॅम्प्लीफायर(येथे आपण जी चर्चा करत आहोत ती बहुतेक अनुप्रयोगांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या ट्रॅव्हलिंग वेव्ह अॅम्प्लिफायर्सपुरती मर्यादित आहे), प्रकाशाला गेन माध्यमातून फक्त एकदाच जावे लागते आणि मागील बाजूस होणारे परावर्तन नगण्य असते. SOA अॅम्प्लिफायरच्या संरचनेत तीन क्षेत्रे असतात: क्षेत्र P, क्षेत्र I (सक्रिय थर किंवा नोड), आणि क्षेत्र N. सक्रिय थर सामान्यतः क्वांटम वेल्सने बनलेला असतो, ज्यामुळे प्रकाशविद्युत रूपांतरण कार्यक्षमता सुधारते आणि थ्रेशोल्ड करंट कमी होतो.

आकृती १ ऑप्टिकल स्पंद निर्माण करण्यासाठी एकात्मिक SOA सह फायबर लेसर

चॅनल हस्तांतरणास लागू केले

SOA चा उपयोग सामान्यतः केवळ प्रवर्धनासाठीच केला जात नाही: त्यांचा वापर ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशनच्या क्षेत्रातही केला जाऊ शकतो, तसेच सॅचुरेशन गेन किंवा क्रॉस-फेज पोलरायझेशन यांसारख्या नॉन-लिनियर प्रक्रियांवर आधारित अनुप्रयोगांमध्येही केला जातो, जे बदलणारे अपवर्तक निर्देशांक मिळवण्यासाठी SOA ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरमधील वाहक घनतेतील फरकाचा उपयोग करतात. या परिणामांचा उपयोग वेव्हलेंथ डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सिंग सिस्टीममध्ये चॅनल ट्रान्सफर (तरंगलांबी रूपांतरण), मॉड्युलेशन फॉरमॅट रूपांतरण, क्लॉक रिकव्हरी, सिग्नल पुनर्निर्मिती आणि पॅटर्न ओळख इत्यादींसाठी केला जाऊ शकतो.

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक इंटिग्रेटेड सर्किट तंत्रज्ञानातील प्रगती आणि उत्पादन खर्चात घट झाल्यामुळे, मूलभूत ॲम्प्लिफायर, कार्यात्मक ऑप्टिकल उपकरणे आणि उपप्रणाली घटक म्हणून एसओए सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लिफायरच्या उपयोजन क्षेत्रांचा विस्तार सतत होत राहील.