Pásmo C+L erbiom dopované vlákno ASE širokopásmový svetelný zdroj

Širokopásmové svetelné zdroje ASE sa široko používajú pri testovaní výroby a pri vedeckých výskumných experimentoch. Tento článok sa pokúša stručne vysvetliť hlavné parametre a metódy testovania širokopásmových svetelných zdrojov ASE s vláknom dopovaným erbiom v pásme C+L.

Pracovný princíp ASE širokopásmové svetlo generované erbiom dopovaným vláknom je zosilnené spontánne emisné svetlo generované krátkovlnným laserom čerpajúcim erbiom dopované vlákno. Ako je znázornené na schematickom diagrame nižšie, čerpané ióny vzácnych zemín prechádzajú medzi hornými a dolnými energetickými hladinami a vytvárajú spontánne emisné svetlo, ktoré sa zosilňuje počas stimulovanej emisie. Tento proces sa neustále opakuje a pri dostatočných podmienkach čerpania môže dosiahnuť aj značne vysoký výstupný výkon.

(ASE = zosilnená spontánna emisia)

Žiarenie ASE prevláda ako šumové svetlo vo vláknových laseroch a vláknových zosilňovačoch. Svetlo ASE zvyčajne súťaží s laserom s vlnovou dĺžkou signálu o zisk, čo spôsobuje zníženie efektívneho výkonu lasera, zníženie pomeru laserového signálu k šumu a zníženie polarizácie. Preto je žiaduce minimalizovať výskyt ASE svetla vo vláknových laseroch a vláknových zosilňovačoch. Pri navrhovaní vláknových laserov a zosilňovačov sa pomer výkonu svetla ASE čo najviac zníži optimalizáciou štruktúry optickej dráhy. Svetlo ASE ako zdroj svetla má však aj určité vlastnosti, ako je široký spektrálny rozsah, ploché spektrum, nízka koherencia a nízka polarizácia, ktoré sa v laserových svetelných zdrojoch nenachádzajú. Okrem toho svetelné zdroje ASE z optických vlákien, generované v jednovidovom erbiovom vlákne, sa môžu spojiť s obyčajným jednovidovým vláknom takmer bez straty. Preto má tento typ širokopásmového svetelného zdroja ASE dôležité aplikácie v určitých situáciách, ako sú gyroskopy z optických vlákien, optické snímanie, OCT zobrazovanie a kompenzácia výkonu v optických komunikačných kanáloch.

V praktických produktoch širokopásmového svetelného zdroja ASE s vláknom C + L sa ako aktívne médium zvyčajne používa kremičité vlákno dopované erbiom a ako excitačná pumpa sa používa 980nm polovodičový laser na generovanie spontánnej emisie v pásme C, ktorá sa potom zosilňuje stimulovanou emisiou. Pretože vlákno dotované erbiom má určitú dĺžku, žiarenie v pásme C je absorbované inými iónmi erbia a opätovne vyžarované, čím sa vlnová dĺžka žiarenia posunie do dlhšieho pásma. Toto žiarenie sa potom opäť zosilní prostredníctvom stimulovanej emisie, čo nakoniec vedie k širokopásmovému spektru ASE pokrývajúcemu pásma C alebo L. Na získanie produktov svetelných zdrojov ASE s rôznymi pásmami vlnových dĺžok, ako sú C, L a C+L, možno navrhnúť rôzne štruktúry optickej dráhy.

Vyššie uvedené ukazuje optickú dráhu na testovanie spektra žiarenia ASE vlákna dotovaného Er. Izolátor je izolátor z optických vlákien a WDM je 980/1550 nm vláknový vlnový multiplex (WDM). 974nm jednovidový pumpovaný LD poskytuje pumpový laser, ktorý je spojený na excitáciu časti jednovidového Er-dopovaného vlákna cez WDM. Vyžarované spätné a dopredné svetlo ASE vychádza cez dva samostatné izolátory. Pri rovnakom výkone čerpadla je na obrázku znázornené namerané spätné spektrum ASE (zelená čiara) a dopredné spektrum ASE (modrá čiara). Je možné vidieť, že spektrum žiarenia ASE priamo emitované vláknom dotovaným erbiom nie je ploché; rozdiel v hustote výkonu medzi rôznymi vlnovými dĺžkami môže dosiahnuť viac ako 10 dB a spektrá ASE v týchto dvoch smeroch nie sú úplne identické. Preto je v produktoch širokopásmových svetelných zdrojov ASE s optickými vláknami potrebná technológia spektrálneho sploštenia (filtre), aby sa dosiahlo ploché výstupné spektrum.