फाइबर ऑप्टिकल एम्पलीफायर

फाइबर ऑप्टिकल एम्पलीफायर एक प्रकार का ऑप्टिकल एम्पलीफायर है जो ऑप्टिकल फाइबर को लाभ माध्यम के रूप में उपयोग करता है। आमतौर पर, लाभ माध्यम फाइबर होता है जिसे दुर्लभ पृथ्वी आयनों, जैसे कि एर्बियम (ईडीएफए, एर्बियम-डोपेड फाइबर एम्पलीफायर), नियोडिमियम, यटरबियम (वाईडीएफए), प्रेजोडायमियम और थ्यूलियम से मिलाया जाता है। इन सक्रिय डोपेंट को लेजर से प्रकाश द्वारा पंप किया जाता है (ऊर्जा प्रदान की जाती है), जैसे कि फाइबर-युग्मित डायोड लेजर; ज्यादातर मामलों में, पंप प्रकाश और प्रवर्धित सिग्नल प्रकाश फाइबर कोर में एक साथ यात्रा करते हैं। एक विशिष्ट फ़ाइबर लेज़र एक रमन एम्पलीफायर है (नीचे चित्र देखें)।

चित्र 1: ए का योजनाबद्ध आरेखसरल एर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर. दो लेजर डायोड (एलडी) एर्बियम-डोप्ड फाइबर को पंप ऊर्जा प्रदान करते हैं, जो लगभग 1550 एनएम तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को बढ़ा सकते हैं। दो पोनीटेल-शैली फैराडे आइसोलेटर्स पीछे से परावर्तित प्रकाश को अलग कर देते हैं, जिससे डिवाइस पर इसका प्रभाव समाप्त हो जाता है।
प्रारंभ में, फाइबर एम्पलीफायरों का उपयोग मुख्य रूप से लंबी दूरी के फाइबर-ऑप्टिक संचार के लिए किया जाता था, जिसमें सिग्नल लाइट को समय-समय पर प्रवर्धित करने की आवश्यकता होती है। एक सामान्य स्थिति एर्बियम-डोप्ड फाइबर लेजर का उपयोग करना है, और 1500nm वर्णक्रमीय क्षेत्र में सिग्नल लाइट की शक्ति मध्यम है। इसके बाद, फाइबर एम्पलीफायरों का उपयोग अन्य महत्वपूर्ण क्षेत्रों में किया जाने लगा। लेजर सामग्री प्रसंस्करण के लिए उच्च शक्ति फाइबर एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता है। यह एम्पलीफायर आमतौर पर येटरबियम-डोप्ड डबल-क्लैड फाइबर का उपयोग करता है, और सिग्नल लाइट का वर्णक्रमीय क्षेत्र 1030-1100nm है। आउटपुट ऑप्टिकल पावर कई किलोवाट तक पहुंच सकती है।
छोटे मोड क्षेत्र और लंबी फाइबर लंबाई के कारण, मध्यम शक्ति के पंप प्रकाश की कार्रवाई के तहत दसियों डीबी का उच्च लाभ प्राप्त किया जा सकता है, यानी, उच्च लाभ दक्षता (विशेष रूप से कम बिजली के लिए) प्राप्त की जा सकती है . उपकरण)। अधिकतम लाभ आमतौर पर एएसई द्वारा सीमित होता है। फाइबर में एक बड़ा सतह-से-आयतन अनुपात और स्थिर सिंगल-मोड ट्रांसमिशन होता है, इसलिए अच्छी आउटपुट पावर प्राप्त की जा सकती है, और आउटपुट लाइट एक विवर्तन-सीमित किरण है, खासकर जब डबल-क्लैड फाइबर का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, उच्च शक्ति फाइबर एम्पलीफायरों को आमतौर पर अंतिम चरण में बहुत अधिक लाभ नहीं होता है, आंशिक रूप से बिजली दक्षता कारकों के कारण; फिर एक एम्पलीफायर श्रृंखला की आवश्यकता होती है ताकि प्रीएम्प अधिकांश लाभ प्रदान करे और अंतिम चरण उच्च शक्ति आउटपुट दे।
फाइबर एम्पलीफायरों का लाभ संतृप्ति सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायरों (एसओए) से काफी अलग है। छोटे संक्रमण क्रॉस सेक्शन और उच्च संतृप्ति ऊर्जा के कारण, यह आमतौर पर एर्बियम-डॉप्ड संचार फाइबर एम्पलीफायरों में कई दस एमजे तक पहुंच सकता है, और बड़े मोड क्षेत्रों के साथ येटरबियम-डॉप्ड एम्पलीफायरों में सैकड़ों एमजे तक पहुंच सकता है। इसलिए, बहुत सारी ऊर्जा (कभी-कभी कई एमजे) फाइबर एम्पलीफायर में संग्रहीत की जा सकती है और फिर एक छोटी पल्स द्वारा निकाली जा सकती है। केवल जब आउटपुट पल्स ऊर्जा संतृप्ति ऊर्जा से अधिक होती है, तो संतृप्ति के कारण होने वाली पल्स विकृति गंभीर होती है। यदि आप मोड-लॉक लेजर द्वारा उत्पादित लेजर को बढ़ाते हैं, तो संतृप्ति लाभ उसी शक्ति पर सीडब्ल्यू लेजर को बढ़ाने के समान होता है।
फाइबर ऑप्टिक संचार के लिए ये संतृप्ति विशेषताएँ बहुत महत्वपूर्ण हैं क्योंकि सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायरों में होने वाले किसी भी इंटरसिंबल क्रॉसस्टॉक से बचा जाता है।
फाइबर एम्पलीफायर आमतौर पर मजबूत संतृप्ति क्षेत्र में काम करते हैं। इस तरह, अधिकतम आउटपुट प्राप्त किया जा सकता है, और सिग्नल आउटपुट ऑप्टिकल पावर पर पंप लाइट में मामूली बदलाव का प्रभाव कम हो जाएगा।
अधिकतम लाभ आमतौर पर प्रवर्धित सहज उत्सर्जन पर निर्भर करता है, न कि पंप ऑप्टिकल शक्ति पर। यह तब प्रकट होता है जब लाभ 40dB से अधिक हो जाता है। उच्च-लाभ वाले एम्पलीफायरों को भी परजीवी प्रतिबिंबों को खत्म करने की आवश्यकता होती है, जो परजीवी लेजर दोलन उत्पन्न कर सकते हैं और यहां तक ​​कि फाइबर को भी नुकसान पहुंचा सकते हैं, इसलिए ऑप्टिकल आइसोलेटर आमतौर पर इनपुट और आउटपुट पर जोड़े जाते हैं।
एएसई एम्पलीफायर शोर प्रदर्शन पर एक मौलिक सीमा प्रदान करता है। कम-नुकसान वाले चार-स्तरीय एम्पलीफायरों में, अतिरिक्त शोर सैद्धांतिक सीमा तक पहुंच सकता है, अर्थात, उच्च लाभ पर शोर का आंकड़ा 3dB है, जो सामान्य हानिपूर्ण अर्ध-तीन-स्तरीय लाभ माध्यम में शोर से बड़ा है। एएसई और अतिरिक्त शोर आम तौर पर पिछड़े पंप वाले लेज़रों में बड़ा होता है।
पंप प्रकाश स्रोत भी कुछ शोर उत्पन्न करता है। ये शोर सीधे लाभ और सिग्नल आउटपुट पावर को प्रभावित करते हैं, लेकिन इसका कोई प्रभाव नहीं पड़ता है जब शोर आवृत्ति ऊपरी ऊर्जा राज्य जीवनकाल के व्युत्क्रम से बहुत बड़ी होती है। (लेजर-सक्रिय आयन ऊर्जा भंडारण के समान हैं, जो उच्च-आवृत्ति बिजली के उतार-चढ़ाव के प्रभाव को कम करते हैं।) पंप शक्ति में परिवर्तन से तापमान में भी बदलाव होता है, जो फिर चरण त्रुटियों में बदल जाता है।
एएसई का उपयोग कम अस्थायी सुसंगतता के साथ एक सुपररेडियंट प्रकाश स्रोत के रूप में किया जा सकता है, जो ऑप्टिकल सुसंगत इमेजिंग में आवश्यक है। एक सुपररेडियंट प्रकाश स्रोत एक उच्च लाभ फाइबर लेजर के समान है।