Широкосмугове джерело світла ASE із легованого ербієм волокна діапазону C+L

Широкосмугові джерела світла ASE широко використовуються у виробничих випробуваннях і науково-дослідних експериментах. У цій статті зроблено спробу коротко пояснити основні параметри та методи тестування широкосмугових джерел світла ASE із легованого ербієм волокна діапазону C+L.

Принцип роботи Широкосмугове світло ASE, створене волокном, легованим ербієм, є посиленим спонтанним випромінюванням світла, що генерується короткохвильовим лазерним накачуванням волокна, легованого ербієм. Як показано на схематичній діаграмі нижче, накачані рідкоземельні іони переходять між верхнім і нижнім рівнями енергії, генеруючи спонтанне випромінювання світла, яке посилюється під час стимульованого випромінювання. Цей процес повторюється безперервно, і за достатніх умов накачування він може навіть досягти значно високої вихідної потужності.

(ASE = посилене спонтанне випромінювання)

Випромінювання ASE поширене як шумове світло у волоконних лазерах і волоконних підсилювачах. Світло ASE зазвичай конкурує з лазером на довжині хвилі сигналу за посилення, спричиняючи зменшення ефективної потужності лазера, зменшення співвідношення сигнал/шум лазера та зменшення поляризації. Тому бажано звести до мінімуму появу світла ASE у волоконних лазерах і волоконних підсилювачах. При розробці волоконних лазерів і підсилювачів частка потужності світла ASE максимально зменшується шляхом оптимізації структури оптичного шляху. Проте світло ASE як джерело світла також має певні характеристики, такі як широкий спектральний діапазон, плоский спектр, низька когерентність і низька поляризація, яких немає в лазерних джерелах світла. Крім того, волоконно-оптичні джерела світла ASE, створені в одномодовому ербієвому волокні, можуть з’єднуватися зі звичайним одномодовим волокном майже без втрат. Таким чином, цей тип широкосмугового джерела світла ASE має важливе застосування в певних ситуаціях, таких як волоконно-оптичні гіроскопи, оптоволоконне зондування, OCT-зображення та компенсація потужності в оптичних каналах зв’язку.

У практичних широкосмугових джерелах світла ASE з волокном C+L-діапазону волокно з кремнеземом, леговане ербієм, зазвичай використовується як активне середовище, а напівпровідниковий лазер 980 нм використовується як збудливий насос для генерації спонтанного випромінювання в діапазоні C, яке потім посилюється через стимульоване випромінювання. Оскільки леговане ербієм волокно має певну довжину, випромінювання С-діапазону поглинається іншими іонами ербію та повторно випромінюється, спричиняючи зміщення довжини хвилі випромінювання до довшої смуги. Потім це випромінювання знову посилюється через стимульоване випромінювання, що в кінцевому підсумку призводить до широкосмугового спектру ASE, що охоплює смуги C або L. Різні структури оптичних шляхів можуть бути розроблені для отримання джерел світла ASE з різними діапазонами довжин хвиль, наприклад C, L і C+L.

Вище показано оптичний шлях для тестування спектру випромінювання ASE легованого Er волокна. Ізолятор — це волоконно-оптичний ізолятор, а WDM — це мультиплексування за довжиною хвилі волокна (WDM) 980/1550 нм. Одномодовий LD з накачуванням 974 нм забезпечує лазер накачування, який підключається для збудження ділянки одномодового волокна, легованого Er, через WDM. Випромінюване світло ASE назад і вперед виходить через два окремих ізолятори. За тієї самої потужності насоса виміряний зворотний спектр ASE (зелена лінія) і прямий спектр ASE (синя лінія) показані на малюнку. Можна побачити, що спектр випромінювання ASE, безпосередньо випромінюваний волокном, легованим ербієм, не є плоским; різниця в щільності потужності між різними довжинами хвиль може досягати більше 10 дБ, а спектри ASE в двох напрямках не є повністю ідентичними. Тому в волоконно-оптичних широкосмугових джерелах світла ASE потрібна технологія спектрального вирівнювання (фільтри) для досягнення плоского вихідного спектру.