ऑप्टिकल एम्पलीफायर क्या है?

◆फ़ाइबर -डोप्ड एम्पलीफायरों की विशेषताएँ और अनुप्रयोग

एकऑप्टिकल एम्पलीफायरएक उपकरण है जो कमजोर ऑप्टिकल संकेतों को सीधे बढ़ा सकता है। यह उत्तेजित उत्सर्जन या उत्तेजित बिखरने के सिद्धांतों के आधार पर कमजोर घटना प्रकाश को बढ़ाता है, और इसका तंत्र बिल्कुल लेजर के समान ही है। वास्तव में, संरचनात्मक रूप से, एक ऑप्टिकल एम्पलीफायर एक लेजर है जिसमें बहुत कम या कोई प्रतिक्रिया नहीं होती है। ऑप्टिकल लाभ तब प्राप्त होता है जब ऑप्टिकल माध्यम पंप करंट या पंप प्रकाश की कार्रवाई के तहत जनसंख्या व्युत्क्रम का अनुभव करता है, इस प्रकार ऑप्टिकल प्रवर्धन का एहसास होता है। यह अनुभाग आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का परिचय देता है और एरबियम -डोप्ड फाइबर एम्पलीफायरों के सिद्धांतों और अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करता है।

ऑप्टिकल एम्पलीफायरों का वर्गीकरण

ऑप्टिकल एम्पलीफायरों को उनके संचालन सिद्धांतों के आधार पर मोटे तौर पर तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है

इस प्रकार के ऑप्टिकल एम्पलीफायर उनके संचालन सिद्धांतों और उत्तेजना विधियों में भिन्न होते हैं।

बैलेस्टेड फाइबर एम्पलीफायर का कार्य सिद्धांत

 

 

ईडीएफए संरचना

अर्बियम {{0} डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर (ईडीएफए) एक उपकरण है जो लेजर डायोड से उत्सर्जित पंप प्रकाश का उपयोग करके सिग्नल प्रकाश को बढ़ाने के लिए लाभ माध्यम के रूप में अर्बियम डोप्ड फाइबर का उपयोग करता है। एरबियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर की संरचना चित्र में दिखाई गई है।

एक वेवलेंथ डिवीज़न मल्टीप्लेक्सर, जिसे मल्टीप्लेक्सर के रूप में भी जाना जाता है, एक अर्बियम -डोप्ड फाइबर में फीड करने से पहले 980/1550nm या 1480/1550nm वेवलेंथ के पंप लाइट और सिग्नल लाइट को जोड़ता है। इसमें कम प्रविष्टि हानि और प्रकाश ध्रुवीकरण के प्रति असंवेदनशीलता की आवश्यकता होती है।

एक ऑप्टिकल आइसोलेटर यूनिडायरेक्शनल प्रकाश संचरण सुनिश्चित करता है, जो प्रकाश प्रतिबिंब को मूल डिवाइस पर वापस लौटने से रोकता है, क्योंकि इस तरह के प्रतिबिंब से एम्पलीफायर शोर बढ़ता है और प्रवर्धन दक्षता कम हो जाती है।

एक ऑप्टिकल फ़िल्टर का कार्य एक ऑप्टिकल एम्पलीफायर के ऑपरेटिंग बैंडविड्थ के बाहर शोर को फ़िल्टर करना है, जिससे सिस्टम के सिग्नल {{0} से - शोर अनुपात में सुधार होता है।

एर्बियम-डोप्ड फाइबर ईडीएफए (इलेक्ट्रियम-डोपेड एम्प्लीफायर) का मुख्य घटक है। यह मैट्रिक्स के रूप में सिलिका फाइबर का उपयोग करता है और कोर को एरबियम आयनों से ढकता है, जो एक ठोस अवस्था वाली लेजर कार्यशील सामग्री है। कई मीटर से लेकर दसियों मीटर एरबियम - डोप्ड फाइबर के भीतर, प्रकाश पदार्थ के साथ संपर्क करता है और प्रवर्धित और संवर्धित होता है।

 

अर्बियम -डोप्ड फाइबर का मोड फ़ील्ड व्यास (एमएफडी) 3-6 μm है, जो पारंपरिक फाइबर (9-16 μm) की तुलना में बहुत छोटा है। इसका उद्देश्य सिग्नल लाइट और पंप लाइट की ऊर्जा घनत्व को बढ़ाना है, जिससे उनकी इंटरैक्शन दक्षता में सुधार होगा। हालाँकि, एरबियम - डोप्ड फाइबर का कम कोर व्यास पारंपरिक फाइबर के साथ एक मोड फ़ील्ड बेमेल की ओर जाता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक प्रतिबिंब और कनेक्शन हानि होती है। समाधान यह है कि अपवर्तक सूचकांक को कम करने के लिए फाइबर को फ्लोरीन की थोड़ी मात्रा के साथ मिलाया जाए, जिससे पारंपरिक फाइबर के साथ मिलान के स्तर को प्राप्त करने के लिए मोड फ़ील्ड व्यास को बढ़ाया जा सके। इसके अतिरिक्त, फ़्यूज़न स्प्लिसिंग के दौरान, मोड फ़ील्ड व्यास बेमेल को संक्रमण फाइबर का उपयोग करके या कोर व्यास को कम करने के लिए पारंपरिक फाइबर कनेक्टर को लंबा करके कम किया जा सकता है।

अधिक कुशल प्रवर्धन प्राप्त करने के लिए, एरबियम - डोप्ड फाइबर के निर्माण के दौरान, अधिकांश आयन फाइबर कोर के मध्य क्षेत्र में केंद्रित होते हैं। ऐसा इसलिए है, क्योंकि ऑप्टिकल फाइबर में, सिग्नल और पंप प्रकाश के प्रकाश क्षेत्रों को लगभग गाऊसी वितरित माना जा सकता है, जिसमें फाइबर कोर अक्ष के साथ सबसे मजबूत प्रकाश तीव्रता होती है। पैराक्सियल क्षेत्र में मोलिब्डेनम आयनों की उपस्थिति प्रकाश और पदार्थ के बीच अधिक संपर्क की अनुमति देती है, जिससे ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में सुधार होता है। अर्बियम डोप्ड फाइबर एम्पलीफायरों (ईडीएफए) के अनुप्रयोग के आधार पर, ईडीएफए डिजाइन के लिए विभिन्न प्रकार के अर्बियम डोप्ड फाइबर उपलब्ध हैं। उदाहरण के लिए, EDF{{7}PAX-01 प्रकार का उपयोग सर्किट एम्पलीफायरों और प्रीएम्प्लीफायरों में डिजाइन करने के लिए किया जाता है, जो एक फ्लैट और विस्तृत लाभ बैंडविड्थ प्रदर्शित करता है; EDF-LAX-01 प्रकार का उपयोग इन-सर्किट एम्पलीफायरों में किया जा सकता है, जो उच्च शक्ति रूपांतरण दक्षता और कम शोर प्रदान करता है; और EDF-BAX-01 प्रकार उच्च आउटपुट पावर आदि प्रदान करता है।

पंप स्रोत ईडीएफए (इलेक्ट्रो-डोप्ड फाइबर ऑप्टिक एम्पलीफायर) का एक अन्य मुख्य घटक है। यह ऑप्टिकल सिग्नल प्रवर्धन के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करता है, जो एक्टिवेटर कणों के जनसंख्या व्युत्क्रम को प्राप्त करने के लिए एक आवश्यक शर्त है। चूंकि पंप स्रोत सीधे ईडीएफए के प्रदर्शन को निर्धारित करता है, इसलिए इसमें उच्च आउटपुट पावर, अच्छी स्थिरता और लंबी उम्र की आवश्यकता होती है। व्यावहारिक ईडीएफए पंप स्रोत सभी लेजर डायोड हैं, जिनकी पंप तरंग दैर्ध्य 980 एनएम और 1480 एनएम है। कम शोर, उच्च पंप दक्षता और कई सौ मिलीवाट तक की शक्ति के फायदे के कारण 980nm पंप स्रोत का आमतौर पर अधिक उपयोग किया जाता है।

 

पंप प्रकाश और सिग्नल एक साथ ऑप्टिकल फाइबर में प्रवेश करते हैं। पंप की रोशनी एरबियम-डोप्ड फाइबर इनलेट पर सबसे मजबूत होती है। जैसे-जैसे यह फाइबर के साथ फैलता है, यह धीरे-धीरे ऊर्जा को सिग्नल लाइट में स्थानांतरित करता है, जिससे सिग्नल की ताकत बढ़ती है जबकि इसकी अपनी ताकत धीरे-धीरे कम हो जाती है।

 

विभिन्न पंपिंग विधियों के तहत आउटपुट पावर और शोर विशेषताओं की तुलना निम्नलिखित आंकड़ों में की गई है। चित्र ए आउटपुट ऑप्टिकल सिग्नल पावर और पंप ऑप्टिकल पावर के बीच संबंध दिखाता है; तीन पंपिंग विधियों की अंतर रूपांतरण क्षमताएँ क्रमशः 61%, 76% और 77% हैं। चित्र बी शोर आकृति और एम्पलीफायर के आउटपुट ऑप्टिकल पावर के बीच संबंध दिखाता है। जैसे-जैसे आउटपुट ऑप्टिकल पावर बढ़ती है, कण व्युत्क्रम संख्या कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप शोर का आंकड़ा बढ़ जाता है। चित्र c शोर के आंकड़े और एरबियम -डोप्ड फाइबर की लंबाई के बीच संबंध को दर्शाता है। जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, एरबियम - डोप्ड फाइबर की लंबाई की परवाह किए बिना, सह-दिशात्मक पंपिंग विधि वाले ईडीएफए में सबसे कम शोर होता है।