ఫైబర్ ఆప్టికల్ యాంప్లిఫైయర్

ఫైబర్ ఆప్టికల్ యాంప్లిఫైయర్ అనేది ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ను లాభం మాధ్యమంగా ఉపయోగించే ఒక రకమైన ఆప్టికల్ యాంప్లిఫైయర్. సాధారణంగా, లాభ మాధ్యమం ఎర్బియం (EDFA, ఎర్బియం-డోప్డ్ ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్), నియోడైమియం, యెటర్బియం (YDFA), ప్రసోడైమియం మరియు థులియం వంటి అరుదైన భూమి అయాన్లతో డోప్ చేయబడిన ఫైబర్. ఫైబర్-కపుల్డ్ డయోడ్ లేజర్ వంటి లేజర్ నుండి వచ్చే కాంతి ద్వారా ఈ క్రియాశీల డోపాంట్లు పంప్ చేయబడతాయి (శక్తితో అందించబడతాయి); చాలా సందర్భాలలో, పంప్ లైట్ మరియు యాంప్లిఫైడ్ సిగ్నల్ లైట్ ఫైబర్ కోర్‌లో ఏకకాలంలో ప్రయాణిస్తాయి. ఒక సాధారణ ఫైబర్ లేజర్ రామన్ యాంప్లిఫైయర్ (క్రింద ఉన్న బొమ్మను చూడండి).

మూర్తి 1: a యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రంసాధారణ ఎర్బియం-డోప్డ్ ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్. రెండు లేజర్ డయోడ్‌లు (LDలు) ఎర్బియం-డోప్డ్ ఫైబర్‌కు పంపు శక్తిని అందిస్తాయి, ఇవి 1550 nm చుట్టూ తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద కాంతిని విస్తరించగలవు. రెండు పోనీటైల్-శైలి ఫెరడే ఐసోలేటర్‌లు బ్యాక్-రిఫ్లెక్ట్డ్ లైట్‌ను వేరు చేస్తాయి, తద్వారా పరికరంపై దాని ప్రభావాన్ని తొలగిస్తుంది.
ప్రారంభంలో, ఫైబర్ యాంప్లిఫయర్లు ప్రధానంగా సుదూర ఫైబర్-ఆప్టిక్ కమ్యూనికేషన్ కోసం ఉపయోగించబడ్డాయి, దీనిలో సిగ్నల్ లైట్ క్రమానుగతంగా విస్తరించాల్సిన అవసరం ఉంది. ఎర్బియం-డోప్డ్ ఫైబర్ లేజర్‌ను ఉపయోగించడం ఒక సాధారణ పరిస్థితి, మరియు 1500nm స్పెక్ట్రల్ ప్రాంతంలో సిగ్నల్ లైట్ యొక్క శక్తి మితంగా ఉంటుంది. తదనంతరం, ఇతర ముఖ్యమైన రంగాలలో ఫైబర్ యాంప్లిఫయర్లు ఉపయోగించబడ్డాయి. లేజర్ మెటీరియల్ ప్రాసెసింగ్ కోసం హై పవర్ ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్లను ఉపయోగిస్తారు. ఈ యాంప్లిఫైయర్ సాధారణంగా ytterbium-డోప్డ్ డబుల్-క్లాడ్ ఫైబర్‌ను ఉపయోగిస్తుంది మరియు సిగ్నల్ లైట్ యొక్క స్పెక్ట్రల్ ప్రాంతం 1030-1100nm. అవుట్పుట్ ఆప్టికల్ పవర్ అనేక కిలోవాట్లకు చేరుకుంటుంది.
చిన్న మోడ్ విస్తీర్ణం మరియు పొడవైన ఫైబర్ పొడవు కారణంగా, మీడియం పవర్ యొక్క పంప్ లైట్ చర్యలో పదుల dB అధిక లాభం పొందవచ్చు, అంటే, అధిక లాభ సామర్థ్యాన్ని (ముఖ్యంగా తక్కువ శక్తి కోసం) పొందవచ్చు. . పరికరం). గరిష్ట లాభం సాధారణంగా ASE ద్వారా పరిమితం చేయబడుతుంది. ఫైబర్ పెద్ద ఉపరితల-నుండి-వాల్యూమ్ నిష్పత్తి మరియు స్థిరమైన సింగిల్-మోడ్ ప్రసారాన్ని కలిగి ఉంటుంది, కాబట్టి మంచి అవుట్‌పుట్ శక్తిని సాధించవచ్చు మరియు అవుట్‌పుట్ లైట్ అనేది డిఫ్రాక్షన్-పరిమిత పుంజం, ప్రత్యేకించి డబుల్-క్లాడ్ ఫైబర్‌లను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు. అయినప్పటికీ, అధిక శక్తి ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్‌లు సాధారణంగా చివరి దశలో చాలా ఎక్కువ లాభాన్ని కలిగి ఉండవు, కొంత భాగం శక్తి సామర్థ్య కారకాల కారణంగా; అప్పుడు ఒక యాంప్లిఫైయర్ చైన్ అవసరమవుతుంది, తద్వారా ప్రీయాంప్ ఎక్కువ లాభాలను అందిస్తుంది మరియు చివరి దశ అధిక శక్తి ఉత్పత్తిని ఇస్తుంది.
ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్‌ల లాభం సంతృప్తత సెమీకండక్టర్ ఆప్టికల్ యాంప్లిఫైయర్‌ల (SOAs) నుండి చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది. చిన్న పరివర్తన క్రాస్ సెక్షన్ మరియు అధిక సంతృప్త శక్తి కారణంగా, ఇది సాధారణంగా ఎర్బియం-డోప్డ్ కమ్యూనికేషన్ ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్‌లలో అనేక పదుల mJలను మరియు పెద్ద మోడ్ ప్రాంతాలతో ytterbium-డోప్డ్ యాంప్లిఫైయర్‌లలో వందల mJలను చేరుకుంటుంది. అందువల్ల, ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్‌లో చాలా శక్తిని (కొన్నిసార్లు అనేక mJ) నిల్వ చేయవచ్చు మరియు తర్వాత చిన్న పల్స్ ద్వారా సంగ్రహించవచ్చు. సంతృప్త శక్తి కంటే అవుట్‌పుట్ పల్స్ శక్తి ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు మాత్రమే, సంతృప్తత వల్ల కలిగే పల్స్ వక్రీకరణ తీవ్రంగా ఉంటుంది. మీరు మోడ్-లాక్ చేయబడిన లేజర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన లేజర్‌ను విస్తరించినట్లయితే, అదే శక్తితో CW లేజర్‌ను విస్తరించడం వంటి సంతృప్త లాభం సమానంగా ఉంటుంది.
ఫైబర్ ఆప్టిక్ కమ్యూనికేషన్‌లకు ఈ సంతృప్త లక్షణాలు చాలా ముఖ్యమైనవి ఎందుకంటే సెమీకండక్టర్ ఆప్టికల్ యాంప్లిఫైయర్‌లలో సంభవించే ఏదైనా ఇంటర్‌సింబల్ క్రాస్‌స్టాక్ నివారించబడుతుంది.
ఫైబర్ యాంప్లిఫయర్లు సాధారణంగా బలమైన సంతృప్త ప్రాంతంలో పని చేస్తాయి. ఈ విధంగా, గరిష్ట అవుట్‌పుట్ పొందవచ్చు మరియు సిగ్నల్ అవుట్‌పుట్ ఆప్టికల్ పవర్‌పై పంప్ లైట్‌లో స్వల్ప మార్పుల ప్రభావం తగ్గుతుంది.
గరిష్ట లాభం సాధారణంగా యాంప్లిఫైడ్ స్పాంటేనియస్ ఎమిషన్ మీద ఆధారపడి ఉంటుంది, పంప్ ఆప్టికల్ పవర్ మీద కాదు. లాభం 40dB మించిపోయినప్పుడు ఇది వ్యక్తమవుతుంది. అధిక-లాభం కలిగిన యాంప్లిఫైయర్‌లు పరాన్నజీవి ప్రతిబింబాలను తొలగించాల్సిన అవసరం ఉంది, ఇది పరాన్నజీవి లేజర్ డోలనాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు ఫైబర్‌ను కూడా దెబ్బతీస్తుంది, కాబట్టి ఆప్టికల్ ఐసోలేటర్‌లు సాధారణంగా ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్‌లో జోడించబడతాయి.
ASE యాంప్లిఫైయర్ నాయిస్ పనితీరుపై ప్రాథమిక పరిమితిని అందిస్తుంది. తక్కువ-నష్టం కలిగిన నాలుగు-స్థాయి యాంప్లిఫైయర్‌లలో, అదనపు శబ్దం సైద్ధాంతిక పరిమితిని చేరుకోగలదు, అనగా, నాయిస్ ఫిగర్ అధిక లాభంలో 3dB ఉంటుంది, ఇది సాధారణ లాస్సీ క్వాసి-త్రీ-లెవల్ లాభం మాధ్యమంలో శబ్దం కంటే పెద్దది. ASE మరియు అదనపు శబ్దం సాధారణంగా వెనుకకు పంప్ చేయబడిన లేజర్‌లలో పెద్దగా ఉంటాయి.
పంప్ లైట్ సోర్స్ కొంత శబ్దాన్ని కూడా పరిచయం చేస్తుంది. ఈ శబ్దాలు నేరుగా లాభం మరియు సిగ్నల్ అవుట్‌పుట్ శక్తిని ప్రభావితం చేస్తాయి, అయితే నాయిస్ ఫ్రీక్వెన్సీ ఎగువ శక్తి స్థితి జీవితకాలం యొక్క విలోమం కంటే చాలా పెద్దగా ఉన్నప్పుడు ఎటువంటి ప్రభావం ఉండదు. (లేజర్-యాక్టివ్ అయాన్లు శక్తి నిల్వను పోలి ఉంటాయి, అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ పవర్ హెచ్చుతగ్గుల ప్రభావాలను తగ్గిస్తాయి.) పంపు శక్తిలో మార్పులు కూడా ఉష్ణోగ్రత మార్పులకు కారణమవుతాయి, ఇది దశ దోషాలుగా అనువదిస్తుంది.
ఆప్టికల్ కోహెరెంట్ ఇమేజింగ్‌లో అవసరమయ్యే తక్కువ టెంపోరల్ కోహెరెన్స్‌తో ASEని సూపర్‌రేడియంట్ లైట్ సోర్స్‌గా ఉపయోగించవచ్చు. ఒక సూపర్‌రేడియంట్ లైట్ సోర్స్ అధిక లాభం ఫైబర్ లేజర్‌ను పోలి ఉంటుంది.