فائبر آپٹیکل یمپلیفائر

فائبر آپٹیکل ایمپلیفائر ایک قسم کا آپٹیکل ایمپلیفائر ہے جو آپٹیکل فائبر کو گین میڈیم کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ عام طور پر، گین میڈیم نایاب زمین کے آئنوں کے ساتھ فائبر ڈوپڈ ہوتا ہے، جیسے ایربیئم (EDFA، Erbium-doped Fiber Amplifier)، neodymium، ytterbium (YDFA)، پراسیوڈیمیم اور تھولیئم۔ ان فعال ڈوپینٹس کو لیزر سے روشنی کے ذریعے پمپ کیا جاتا ہے (توانائی فراہم کی جاتی ہے)، جیسے کہ فائبر کپلڈ ڈائیوڈ لیزر؛ زیادہ تر معاملات میں، پمپ لائٹ اور ایمپلیفائیڈ سگنل لائٹ بیک وقت فائبر کور میں سفر کرتے ہیں۔ ایک عام فائبر لیزر ایک رامان یمپلیفائر ہے (ذیل میں تصویر دیکھیں)۔

شکل 1: a کا اسکیمیٹک خاکہسادہ ایربیم ڈوپڈ فائبر یمپلیفائر. دو لیزر ڈایڈس (LDs) ایربیم ڈوپڈ فائبر کو پمپ توانائی فراہم کرتے ہیں، جو تقریباً 1550 این ایم طول موج پر روشنی کو بڑھا سکتے ہیں۔ دو پونی ٹیل طرز کے فیراڈے آئیسولیٹر بیک سے منعکس ہونے والی روشنی کو الگ کرتے ہیں، اس طرح آلہ پر اس کا اثر ختم ہو جاتا ہے۔
ابتدائی طور پر، فائبر یمپلیفائرز کو بنیادی طور پر لمبی دوری کے فائبر آپٹک مواصلات کے لیے استعمال کیا جاتا تھا، جس میں سگنل کی روشنی کو وقتاً فوقتاً وسیع کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایک عام صورت حال یہ ہے کہ ایربیم ڈوپڈ فائبر لیزر کا استعمال کیا جائے، اور 1500nm سپیکٹرل ریجن میں سگنل لائٹ کی طاقت اعتدال پسند ہے۔ اس کے بعد دیگر اہم شعبوں میں فائبر ایمپلیفائر کا استعمال کیا گیا۔ ہائی پاور فائبر یمپلیفائر لیزر میٹریل پروسیسنگ کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ یہ یمپلیفائر عام طور پر ytterbium-doped ڈبل پوش فائبر کا استعمال کرتا ہے، اور سگنل لائٹ کا اسپیکٹرل علاقہ 1030-1100nm ہے۔ آؤٹ پٹ آپٹیکل پاور کئی کلو واٹ تک پہنچ سکتی ہے۔
چھوٹے موڈ ایریا اور لمبی فائبر کی لمبائی کی وجہ سے، درمیانی طاقت کے پمپ لائٹ کے عمل کے تحت دسیوں ڈی بی کا زیادہ فائدہ حاصل کیا جا سکتا ہے، یعنی یہ کہنے کے لیے، ایک اعلی فائدہ کی کارکردگی (خاص طور پر کم طاقت کے لیے) حاصل کی جا سکتی ہے۔ . ڈیوائس)۔ زیادہ سے زیادہ فائدہ عام طور پر ASE کے ذریعہ محدود ہوتا ہے۔ فائبر میں سطح سے حجم کا ایک بڑا تناسب اور مستحکم واحد موڈ ٹرانسمیشن ہے، لہذا اچھی آؤٹ پٹ پاور حاصل کی جا سکتی ہے، اور آؤٹ پٹ لائٹ ایک پھیلاؤ محدود بیم ہے، خاص طور پر جب ڈبل پوش ریشوں کا استعمال کرتے ہوئے. تاہم، ہائی پاور فائبر ایمپلیفائرز کو عام طور پر آخری مرحلے میں بہت زیادہ فائدہ نہیں ہوتا، جزوی طور پر بجلی کی کارکردگی کے عوامل کی وجہ سے؛ اس کے بعد ایک یمپلیفائر چین کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ پریمپ زیادہ تر فائدہ فراہم کرے اور آخری مرحلہ زیادہ پاور آؤٹ پٹ فراہم کرے۔
فائبر یمپلیفائر کا حاصل سنترپتی سیمی کنڈکٹر آپٹیکل ایمپلیفائرز (SOAs) سے کافی مختلف ہے۔ چھوٹے ٹرانزیشن کراس سیکشن اور اعلی سنترپتی توانائی کی وجہ سے، یہ عام طور پر erbium-doped کمیونیکیشن فائبر یمپلیفائرز میں کئی دسیوں mJ، اور بڑے موڈ والے علاقوں کے ساتھ ytterbium-doped amplifiers میں سینکڑوں mJ تک پہنچ سکتا ہے۔ لہذا، بہت ساری توانائی (بعض اوقات کئی ایم جے) فائبر یمپلیفائر میں ذخیرہ کی جا سکتی ہے اور پھر ایک مختصر نبض کے ذریعے نکالی جا سکتی ہے۔ صرف اس صورت میں جب آؤٹ پٹ پلس انرجی سنترپتی توانائی سے زیادہ ہو، سنترپتی کی وجہ سے نبض کا بگاڑ سنگین ہوتا ہے۔ اگر آپ موڈ لاکڈ لیزر کے ذریعہ تیار کردہ لیزر کو بڑھا دیتے ہیں، تو سیچوریشن حاصل وہی ہے جو ایک سی ڈبلیو لیزر کو اسی طاقت پر بڑھانا ہے۔
یہ سنترپتی خصوصیات فائبر آپٹک کمیونیکیشنز کے لیے بہت اہم ہیں کیونکہ کوئی بھی انٹرسمبول کراسسٹالک، جو سیمی کنڈکٹر آپٹیکل ایمپلیفائر میں ہوتا ہے، سے گریز کیا جاتا ہے۔
فائبر یمپلیفائر عام طور پر مضبوط سنترپتی خطے میں کام کرتے ہیں۔ اس طرح، زیادہ سے زیادہ پیداوار حاصل کی جا سکتی ہے، اور سگنل آؤٹ پٹ آپٹیکل پاور پر پمپ کی روشنی میں معمولی تبدیلیوں کا اثر کم ہو جائے گا۔
زیادہ سے زیادہ فائدہ عام طور پر بڑھے ہوئے اچانک اخراج پر منحصر ہوتا ہے، پمپ آپٹیکل پاور پر نہیں۔ یہ خود کو ظاہر کرتا ہے جب فائدہ 40dB سے زیادہ ہوتا ہے۔ زیادہ فائدہ اٹھانے والے ایمپلیفائر کو پرجیوی عکاسی کو ختم کرنے کی بھی ضرورت ہوتی ہے، جو پرجیوی لیزر دوغلی پیدا کر سکتے ہیں اور یہاں تک کہ فائبر کو نقصان پہنچا سکتے ہیں، لہذا آپٹیکل الگ تھلگ عام طور پر ان پٹ اور آؤٹ پٹ پر شامل کیے جاتے ہیں۔
ASE ایمپلیفائر شور کی کارکردگی پر ایک بنیادی حد فراہم کرتا ہے۔ کم نقصان والے فور لیول ایمپلیفائرز میں، زیادہ شور نظریاتی حد تک پہنچ سکتا ہے، یعنی شور کا اعداد و شمار ہائی گین پر 3dB ہے، جو کہ معمول کے نقصان والے کوسی تھری لیول گین میڈیم میں شور سے بڑا ہے۔ ASE اور اضافی شور عام طور پر پسماندہ پمپ شدہ لیزرز میں زیادہ ہوتا ہے۔
پمپ لائٹ سورس بھی کچھ شور متعارف کراتا ہے۔ یہ شور براہ راست حاصل اور سگنل آؤٹ پٹ پاور پر اثر انداز ہوتا ہے، لیکن جب شور کی فریکوئنسی اوپری توانائی کی حالت زندگی کے الٹا سے بہت زیادہ ہوتی ہے تو اس کا کوئی اثر نہیں ہوتا ہے۔ (لیزر ایکٹیو آئن توانائی کے ذخیرے کی طرح ہوتے ہیں، جو ہائی فریکوئنسی پاور کے اتار چڑھاو کے اثرات کو کم کرتے ہیں۔) پمپ پاور میں تبدیلیاں بھی درجہ حرارت میں تبدیلیوں کا سبب بنتی ہیں، جو پھر مرحلے کی غلطیوں میں تبدیل ہو جاتی ہیں۔
ASE خود کو کم وقتی ہم آہنگی کے ساتھ ایک سپر ریڈینٹ لائٹ سورس کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، جس کی آپٹیکل کوہرنٹ امیجنگ میں ضرورت ہے۔ ایک سپر ریڈینٹ لائٹ سورس ہائی گین فائبر لیزر کی طرح ہے۔