ফাইবার অপটিক্যাল এমপ্লিফায়ার

ফাইবার অপটিক্যাল এমপ্লিফায়ার হল এক ধরনের অপটিক্যাল পরিবর্ধক যা অপটিক্যাল ফাইবারকে লাভের মাধ্যম হিসেবে ব্যবহার করে। সাধারণত, লাভের মাধ্যম হল বিরল আর্থ আয়ন, যেমন erbium (EDFA, Erbium-doped Fiber Amplifier), neodymium, ytterbium (YDFA), praseodymium এবং থুলিয়ামের মতো ফাইবার ডোপড। এই সক্রিয় ডোপ্যান্টগুলিকে লেজারের আলো দ্বারা পাম্প করা হয় (শক্তি প্রদান করা হয়), যেমন একটি ফাইবার-কাপল্ড ডায়োড লেজার; বেশিরভাগ ক্ষেত্রে, পাম্পের আলো এবং পরিবর্ধিত সংকেত আলো একই সাথে ফাইবার কোরে ভ্রমণ করে। একটি সাধারণ ফাইবার লেজার হল একটি রামন পরিবর্ধক (নীচের চিত্রটি দেখুন)।

চিত্র 1: a এর পরিকল্পিত চিত্রসহজ erbium-doped ফাইবার পরিবর্ধক. দুটি লেজার ডায়োড (LDs) এর্বিয়াম-ডোপড ফাইবারকে পাম্প শক্তি সরবরাহ করে, যা প্রায় 1550 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলোকে প্রসারিত করতে পারে। দুটি পনিটেল-স্টাইল ফ্যারাডে আইসোলেটর পিছনে-প্রতিফলিত আলোকে বিচ্ছিন্ন করে, এইভাবে ডিভাইসে এর প্রভাব দূর করে।
প্রাথমিকভাবে, ফাইবার পরিবর্ধকগুলি মূলত দীর্ঘ-দূরত্বের ফাইবার-অপ্টিক যোগাযোগের জন্য ব্যবহৃত হত, যেখানে সংকেত আলোকে পর্যায়ক্রমে প্রসারিত করা প্রয়োজন। একটি সাধারণ পরিস্থিতি হল একটি আর্বিয়াম-ডোপড ফাইবার লেজার ব্যবহার করা, এবং 1500nm বর্ণালী অঞ্চলে সংকেত আলোর শক্তি মাঝারি। পরবর্তীকালে, অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ ক্ষেত্রে ফাইবার পরিবর্ধক ব্যবহার করা হয়েছিল। উচ্চ ক্ষমতা ফাইবার পরিবর্ধক লেজার উপাদান প্রক্রিয়াকরণের জন্য ব্যবহার করা হয়. এই পরিবর্ধকটি সাধারণত ytterbium-doped ডাবল-ক্লাড ফাইবার ব্যবহার করে, এবং সংকেত আলোর বর্ণালী অঞ্চল হল 1030-1100nm। আউটপুট অপটিক্যাল শক্তি কয়েক কিলোওয়াট পৌঁছতে পারে.
ছোট মোড এলাকা এবং দীর্ঘ ফাইবার দৈর্ঘ্যের কারণে, মাঝারি শক্তির পাম্প আলোর ক্রিয়ায় দশ হাজার ডিবি উচ্চ লাভ পাওয়া যায়, অর্থাৎ উচ্চ লাভের দক্ষতা (বিশেষত কম শক্তির জন্য) প্রাপ্ত করা যেতে পারে। . যন্ত্র). সর্বাধিক লাভ সাধারণত ASE দ্বারা সীমাবদ্ধ। ফাইবারের একটি বড় পৃষ্ঠ-থেকে-ভলিউম অনুপাত এবং স্থিতিশীল একক-মোড ট্রান্সমিশন রয়েছে, তাই ভাল আউটপুট শক্তি অর্জন করা যেতে পারে এবং আউটপুট আলো একটি বিচ্ছুরণ-সীমিত মরীচি, বিশেষ করে যখন ডাবল-ক্লাড ফাইবার ব্যবহার করে। যাইহোক, উচ্চ শক্তির ফাইবার পরিবর্ধকগুলির শেষ পর্যায়ে সাধারণত খুব বেশি লাভ হয় না, আংশিকভাবে শক্তি দক্ষতার কারণে; তারপরে একটি পরিবর্ধক চেইন প্রয়োজন যাতে প্রিম্প বেশিরভাগ লাভ প্রদান করে এবং শেষ পর্যায়ে উচ্চ শক্তির আউটপুট দেয়।
ফাইবার অ্যামপ্লিফায়ারের লাভ সম্পৃক্ততা সেমিকন্ডাক্টর অপটিক্যাল এমপ্লিফায়ার (SOAs) থেকে বেশ আলাদা। ছোট ট্রানজিশন ক্রস সেকশন এবং উচ্চ স্যাচুরেশন শক্তির কারণে, এটি সাধারণত এর্বিয়াম-ডোপড কমিউনিকেশন ফাইবার অ্যামপ্লিফায়ারে কয়েক টেন এমজে এবং বড় মোড এলাকা সহ ytterbium-ডোপড অ্যামপ্লিফায়ারে শত শত mJ পৌঁছাতে পারে। অতএব, প্রচুর শক্তি (কখনও কখনও বেশ কিছু এমজে) ফাইবার অ্যামপ্লিফায়ারে সংরক্ষণ করা যেতে পারে এবং তারপর একটি ছোট পালস দ্বারা নিষ্কাশন করা যায়। শুধুমাত্র যখন আউটপুট পালস শক্তি স্যাচুরেশন শক্তির চেয়ে বেশি হয়, তখন স্যাচুরেশনের কারণে নাড়ির বিকৃতি গুরুতর হয়। যদি আপনি একটি মোড-লকড লেজার দ্বারা উত্পাদিত লেজারকে প্রশস্ত করেন, তাহলে স্যাচুরেশন লাভ একই শক্তিতে একটি CW লেজারকে বিবর্ধিত করার সমান।
ফাইবার অপটিক যোগাযোগের জন্য এই স্যাচুরেশন বৈশিষ্ট্যগুলি খুবই গুরুত্বপূর্ণ কারণ অর্ধপরিবাহী অপটিক্যাল অ্যামপ্লিফায়ারে যে কোনও আন্তঃপ্রতীক ক্রসস্ট্যাক এড়ানো হয়।
ফাইবার পরিবর্ধক সাধারণত শক্তিশালী স্যাচুরেশন অঞ্চলে কাজ করে। এইভাবে, সর্বাধিক আউটপুট প্রাপ্ত করা যেতে পারে, এবং সিগন্যাল আউটপুট অপটিক্যাল শক্তিতে পাম্পের আলোতে সামান্য পরিবর্তনের প্রভাব হ্রাস পাবে।
সর্বাধিক লাভ সাধারণত পরিবর্ধিত স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমনের উপর নির্ভর করে, পাম্প অপটিক্যাল শক্তি নয়। লাভ 40dB ছাড়িয়ে গেলে এটি নিজেকে প্রকাশ করে। উচ্চ-লাভকারী পরিবর্ধকদেরও পরজীবী প্রতিফলন দূর করতে হবে, যা পরজীবী লেজারের দোলন তৈরি করতে পারে এবং এমনকি ফাইবারের ক্ষতি করতে পারে, তাই অপটিক্যাল আইসোলেটরগুলি সাধারণত ইনপুট এবং আউটপুটে যোগ করা হয়।
ASE পরিবর্ধক শব্দ কর্মক্ষমতা একটি মৌলিক সীমা প্রদান করে. কম-ক্ষতির চার-স্তরের পরিবর্ধকগুলিতে, অতিরিক্ত শব্দ তাত্ত্বিক সীমাতে পৌঁছতে পারে, অর্থাৎ, উচ্চ লাভে নয়েজ চিত্রটি 3dB, যা স্বাভাবিক ক্ষতিকারক কোয়াসি-থ্রি-লেভেল লাভ মিডিয়ামের শব্দের চেয়ে বড়। পশ্চাদগামী পাম্প করা লেজারগুলিতে ASE এবং অতিরিক্ত শব্দ সাধারণত বড় হয়।
পাম্পের আলোর উত্সটি কিছু শব্দও প্রবর্তন করে। এই নয়েজগুলি সরাসরি লাভ এবং সিগন্যাল আউটপুট পাওয়ারকে প্রভাবিত করে, কিন্তু যখন শব্দের ফ্রিকোয়েন্সি উপরের শক্তির অবস্থার জীবনকালের বিপরীতের চেয়ে অনেক বড় হয় তখন কোনও প্রভাব পড়ে না। (লেজার-সক্রিয় আয়নগুলি শক্তি সঞ্চয়ের অনুরূপ, উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি পাওয়ার ওঠানামার প্রভাব হ্রাস করে।) পাম্প পাওয়ারের পরিবর্তনগুলি তাপমাত্রার পরিবর্তনও ঘটায়, যা পরে ফেজ ত্রুটিতে অনুবাদ করে।
ASE নিজেই কম টেম্পোরাল কোহেরেন্স সহ একটি সুপার-রেডিয়েন্ট আলোর উত্স হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে, যা অপটিক্যাল সুসংগত ইমেজিংয়ের প্রয়োজন হয়। একটি সুপাররেডিয়েন্ট আলোর উত্স একটি উচ্চ লাভ ফাইবার লেজারের অনুরূপ।