फाइबर ऑप्टिक लेज़र ऑप्टिकल ट्रांससीवर में प्रगति को बढ़ावा देते हैं

कल्पना कीजिए कि डेटा स्ट्रीम फाइबर ऑप्टिक नेटवर्क से बह रही हैं—फाइबर लेजर इस सूचना क्रांति को चलाने वाले मूलभूत इंजन के रूप में काम करते हैं। ऑप्टिकल ट्रांससीवर मॉड्यूल के दिल के रूप में कार्य करते हुए, वे इलेक्ट्रॉनिक बिट्स को ऑप्टिकल सिग्नल में बदल देते हैं, जिससे लंबी दूरी तक डेटा ट्रांसमिशन संभव हो पाता है। हालाँकि, विभिन्न प्रकार के फाइबर लेजर प्रदर्शन और लागत में काफी भिन्न होते हैं, जो ऑप्टिकल मॉड्यूल में उनके अनुप्रयोगों को सीधे प्रभावित करते हैं।

फाइबर लेजर: ऑप्टिकल संचार की नींव

फाइबर लेजर ऑप्टिकल ट्रांससीवर मॉड्यूल में अपरिहार्य घटक हैं, जो मुख्य रूप से फाइबर ऑप्टिक केबलों के माध्यम से ट्रांसमिशन के लिए विद्युत संकेतों को ऑप्टिकल संकेतों में परिवर्तित करते हैं। उनका प्रदर्शन सीधे ऑप्टिकल मॉड्यूल की ट्रांसमिशन दूरी, बैंडविड्थ और लागत को निर्धारित करता है। इसलिए, ऑप्टिकल संचार प्रणालियों को समझने के लिए उनके सिद्धांतों और प्रकारों को समझना महत्वपूर्ण है।

फाइबर लेजर कैसे काम करते हैं

"लेजर" शब्द का अर्थ है "विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा प्रकाश प्रवर्धन।" फाइबर लेजर के काम करने के मूल सिद्धांत को इन चरणों में संक्षेपित किया जा सकता है:

1. ऊर्जा पंपिंग: एक बाहरी ऊर्जा स्रोत (आमतौर पर विद्युत प्रवाह) लाभ माध्यम को उत्तेजित करता है, जिससे उसके परमाणु ऊर्जावान हो जाते हैं।
2. जनसंख्या व्युत्क्रम: ऊर्जा इंजेक्शन उच्च ऊर्जा अवस्थाओं में अधिक परमाणु बनाता है, जो निम्न ऊर्जा अवस्थाओं की तुलना में प्रकाश प्रवर्धन के लिए आवश्यक स्थिति है।
3. सहज उत्सर्जन: उत्तेजित परमाणु सहज रूप से निम्न ऊर्जा अवस्थाओं में परिवर्तित हो जाते हैं, जिससे यादृच्छिक दिशाओं और चरणों के साथ फोटॉन निकलते हैं।
4. उत्तेजित उत्सर्जन: ये फोटॉन अन्य उत्तेजित परमाणुओं के साथ संपर्क करते हैं, जिससे वे दिशा, चरण और ध्रुवीकरण में समान फोटॉन उत्सर्जित करते हैं—प्रकाश प्रवर्धन के लिए प्रमुख प्रक्रिया।
5. ऑप्टिकल अनुनाद: एक ऑप्टिकल रेजोनेटर (जिसमें दर्पण शामिल हैं) फोटॉनों को सीमित करता है, जिससे प्रवर्धन के लिए लाभ माध्यम से बार-बार गुजरना संभव हो पाता है। केवल विशिष्ट तरंग दैर्ध्य ही स्थिर रूप से प्रतिध्वनित होते हैं, जो लेजर के आउटपुट तरंग दैर्ध्य को निर्धारित करते हैं।
6. लेजर आउटपुट: जब लाभ नुकसान से अधिक हो जाता है, तो लेजर एक उच्च-तीव्रता, दिशात्मक और सुसंगत बीम उत्सर्जित करता है।

फाइबर लेजर के मुख्य प्रकार

उत्सर्जन दिशा और संरचना के आधार पर, फाइबर लेजर दो श्रेणियों में आते हैं: एज-एमिटिंग लेजर और सरफेस-एमिटिंग लेजर।

• एज-एमिटिंग लेजर: अर्धचालक वेफर की सतह के समानांतर प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। ये सबसे शुरुआती अर्धचालक लेजर थे और व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
• सरफेस-एमिटिंग लेजर: वेफर की सतह के लंबवत प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, जिसमें वर्टिकल-कैविटी सरफेस-एमिटिंग लेजर (VCSEL) सबसे आम हैं।

ऑप्टिकल ट्रांससीवर मॉड्यूल आमतौर पर इन फाइबर लेजर प्रकारों का उपयोग करते हैं:

फैब्री-पेरोट लेजर (FP लेजर)

कार्य सिद्धांत: विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को प्रवर्धित करने के लिए समानांतर उच्च-परावर्तन दर्पणों द्वारा निर्मित एक फैब्री-पेरोट रेजोनेटर का उपयोग करता है।

विशेषताएँ: सरल संरचना और कम लागत, लेकिन मल्टीमोड प्रभावों के साथ व्यापक आउटपुट स्पेक्ट्रम फैलाव का कारण बनता है, जो ट्रांसमिशन दूरी और बैंडविड्थ को सीमित करता है।

अनुप्रयोग: छोटी दूरी, कम गति वाला ऑप्टिकल संचार (उदाहरण के लिए, 100M SFP मॉड्यूल)।

वर्टिकल-कैविटी सरफेस-एमिटिंग लेजर (VCSEL)

कार्य सिद्धांत: चिप की सतह के लंबवत एक रेजोनेटर की सुविधा है, जो लंबवत रूप से प्रकाश उत्सर्जित करता है। दर्पण के रूप में वितरित ब्रैग रिफ्लेक्टर (DBR) का उपयोग करता है।

विशेषताएँ: कम बिजली की खपत, लागत प्रभावी, आसान एकीकरण और परीक्षण। कम फैलाव के साथ संकीर्ण आउटपुट स्पेक्ट्रम उच्च गति वाले कम दूरी के संचार के लिए उपयुक्त है।

अनुप्रयोग: डेटा सेंटर और एंटरप्राइज़ नेटवर्क (उदाहरण के लिए, 400G QSFP-DD SR8 और 100M SFP FX मॉड्यूल)।

डिस्ट्रीब्यूटेड फीडबैक लेजर (DFB लेजर) / डायरेक्ट मॉड्यूलेटेड लेजर (DML)

कार्य सिद्धांत: सिंगल-मोड आउटपुट के लिए विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को चुनिंदा रूप से प्रवर्धित करने के लिए लाभ माध्यम में आवधिक ग्रेटिंग संरचनाओं को शामिल करता है।

विशेषताएँ: सिंगल-मोड आउटपुट, संकीर्ण स्पेक्ट्रम और उच्च स्थिरता मध्यम दूरी, मध्यम गति संचार के लिए उपयुक्त हैं।

अनुप्रयोग: महानगरीय और एक्सेस नेटवर्क (उदाहरण के लिए, 200G QSFP56 FR4 और 100M SFP CWDM EX मॉड्यूल)।

इलेक्ट्रो-एब्जॉर्प्शन मॉड्यूलेटेड लेजर (EML)

कार्य सिद्धांत: एक चिप पर एक इलेक्ट्रो-एब्जॉर्प्शन मॉड्यूलेटर (EAM) के साथ एक लेजर को एकीकृत करता है। EAM लेजर को मॉड्युलेट करने के लिए वोल्टेज के माध्यम से प्रकाश अवशोषण को नियंत्रित करता है।

विशेषताएँ: कम फैलाव, उच्च विलुप्ति अनुपात और उच्च गति लंबी दूरी, उच्च-दर संचार के लिए उपयुक्त हैं।

अनुप्रयोग: बैकबोन और महानगरीय नेटवर्क (उदाहरण के लिए, 400G QSFP-DD FR4 और 10G SFP+ CWDM ER मॉड्यूल)।

फाइबर लेजर प्रकारों की तुलना

DML/DFB और EML के बीच चयन

DML/DFB लेजर आमतौर पर कम डेटा दरों और छोटी दूरी (10 किमी से कम) की सेवा करते हैं, जबकि EML लेजर उच्च डेटा दरों और लंबी दूरी के अनुप्रयोगों में उत्कृष्ट होते हैं।

निष्कर्ष

ऑप्टिकल ट्रांससीवर मॉड्यूल के मुख्य घटक के रूप में, फाइबर लेजर ट्रांसमिशन दूरी, बैंडविड्थ और सिस्टम लागत को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं। उनके सिद्धांतों, विशेषताओं और अनुप्रयोगों को समझने से विशिष्ट परिदृश्यों के लिए इष्टतम मॉड्यूल चयन सक्षम होता है, जिससे ऑप्टिकल संचार प्रणालियों में प्रदर्शन और लागत-दक्षता में वृद्धि होती है।