Širokopasovni vir svetlobe ASE iz vlaken, dopiranih z erbijem, C+L

Širokopasovni svetlobni viri ASE se pogosto uporabljajo pri testiranju proizvodnje in znanstvenih raziskovalnih poskusih. Ta članek poskuša na kratko razložiti glavne parametre in preskusne metode širokopasovnih svetlobnih virov ASE z vlakni, dopiranimi z erbijem, v pasu C+L.

Načelo delovanja Širokopasovna svetloba ASE, ki jo ustvari vlakno, dopirano z erbijem, je ojačana spontana emisija svetlobe, ki jo ustvari kratkovalovno lasersko črpanje vlakna, dopiranega z erbijem. Kot je prikazano v spodnjem shematskem diagramu, črpani ioni redkih zemelj prehajajo med zgornjo in nižjo energijsko ravnjo, pri čemer ustvarjajo spontano emisijsko svetlobo, ki se med stimulirano emisijo ojača. Ta proces se nenehno ponavlja in ob zadostnih pogojih črpanja lahko doseže celo precej visoko izhodno moč.

(ASE = ojačana spontana emisija)

Sevanje ASE prevladuje kot hrupna svetloba v optičnih laserjih in optičnih ojačevalnikih. Svetloba ASE običajno tekmuje z laserjem valovne dolžine signala za pridobitev, kar povzroči zmanjšanje efektivne moči laserja, zmanjšanje razmerja med signalom in šumom ter zmanjšanje polarizacije. Zato je zaželeno čim bolj zmanjšati pojavljanje svetlobe ASE v optičnih laserjih in optičnih ojačevalnikih. Pri načrtovanju optičnih laserjev in ojačevalnikov se delež moči svetlobe ASE čim bolj zmanjša z optimizacijo strukture optične poti. Vendar pa ima svetloba ASE kot vir svetlobe tudi določene značilnosti, kot so širok spektralni razpon, raven spekter, nizka koherenca in nizka polarizacija, ki jih laserski viri svetlobe ne najdemo. Poleg tega se lahko svetlobni viri ASE iz optičnih vlaken, ustvarjeni v enomodnem erbijevem vlaknu, povežejo z navadnim enomodnim vlaknom skoraj brez izgube. Zato ima ta vrsta širokopasovnega vira svetlobe ASE pomembne aplikacije v določenih situacijah, kot so žiroskopi z optičnimi vlakni, zaznavanje z optičnimi vlakni, slikanje OCT in kompenzacija moči v optičnih komunikacijskih kanalih.

V praktičnih širokopasovnih svetlobnih virih ASE s pasovnimi vlakni C+L se kot aktivni medij običajno uporabljajo z erbijem dopirana silicijeva vlakna, 980nm polprevodniški laser pa se uporablja kot vzbujevalna črpalka za ustvarjanje spontane emisije v pasu C, ki se nato ojača s stimulirano emisijo. Ker ima vlakno, dopirano z erbijem, določeno dolžino, sevanje C-pasu absorbirajo drugi erbijevi ioni in ga ponovno sevajo, zaradi česar se valovna dolžina sevanja premakne v daljši pas. To sevanje se nato ponovno ojača s stimulirano emisijo, kar na koncu povzroči širokopasovni spekter ASE, ki pokriva pasove C ali L. Različne strukture optičnih poti je mogoče oblikovati za pridobitev produktov svetlobnih virov ASE z različnimi pasovi valovnih dolžin, kot so C, L in C+L.

Zgoraj je prikazana optična pot za testiranje spektra sevanja ASE vlakna, dopiranega z Er. Izolator je izolator z optičnimi vlakni, WDM pa je 980/1550nm vlaken z delitvijo valovne dolžine (WDM). 974nm enomodni črpani LD zagotavlja črpalni laser, ki je povezan za vzbujanje odseka enomodnega vlakna, dopiranega z Er, prek WDM. Emitirana nazaj in naprej ASE svetloba izhaja skozi dva ločena izolatorja. Pri enaki moči črpalke sta na sliki prikazana izmerjeni spekter ASE nazaj (zelena črta) in spekter ASE naprej (modra črta). Vidimo lahko, da spekter sevanja ASE, ki ga neposredno oddaja vlakno, dopirano z erbijem, ni ravno; razlika v gostoti moči med različnimi valovnimi dolžinami lahko doseže več kot 10 dB, spektri ASE v obeh smereh pa niso popolnoma enaki. Zato je v izdelkih širokopasovnih svetlobnih virov ASE z optičnimi vlakni potrebna tehnologija spektralne izravnave (filtri), da se doseže raven izhodni spekter.