C+L pásmo erbiem dopované vlákno ASE širokopásmový světelný zdroj

Širokopásmové světelné zdroje ASE jsou široce používány ve výrobních testech a vědeckých výzkumných experimentech. Tento článek se pokouší stručně vysvětlit hlavní parametry a testovací metody širokopásmových světelných zdrojů ASE s vláknem dopovaným erbiem v pásmu C+L.

Pracovní princip Širokopásmové světlo ASE generované vláknem dotovaným erbiem je zesílené spontánní emisní světlo generované krátkovlnným laserem čerpajícím vlákno dotované erbiem. Jak je znázorněno na schematickém diagramu níže, čerpané ionty vzácných zemin přecházejí mezi horní a dolní energetickou hladinou a generují spontánní emisní světlo, které je zesíleno během stimulované emise. Tento proces se neustále opakuje a za dostatečných podmínek čerpání lze dosáhnout i značně vysokého výstupního výkonu.

(ASE = zesílená spontánní emise)

ASE záření převládá jako šumové světlo ve vláknových laserech a vláknových zesilovačích. Světlo ASE obvykle soutěží s laserem s vlnovou délkou signálu o zisk, což způsobuje snížení efektivního výkonu laseru, snížení poměru laserového signálu k šumu a snížení polarizace. Proto je žádoucí minimalizovat výskyt ASE světla ve vláknových laserech a vláknových zesilovačích. Při navrhování vláknových laserů a zesilovačů je poměr výkonu světla ASE co nejvíce snížen optimalizací struktury optické dráhy. Avšak světlo ASE jako světelný zdroj má také určité vlastnosti, jako je široký spektrální rozsah, ploché spektrum, nízká koherence a nízká polarizace, které se u laserových světelných zdrojů nenacházejí. Navíc světelné zdroje ASE s optickými vlákny, generované v jednovidovém erbiovém vláknu, se mohou spojit s běžným jednovidovým vláknem téměř bez ztráty. Proto má tento typ širokopásmového světelného zdroje ASE důležité aplikace v určitých situacích, jako jsou gyroskopy z optických vláken, optické snímání, OCT zobrazování a kompenzace výkonu v optických komunikačních kanálech.

V praktických produktech širokopásmových světelných zdrojů ASE s vlákny C+L se obvykle jako aktivní médium používá křemičité vlákno dopované erbiem a jako excitační čerpadlo se používá 980nm polovodičový laser pro generování spontánní emise v pásmu C, která je poté zesílena stimulovanou emisí. Protože vlákno dotované erbiem má určitou délku, záření C-pásma je absorbováno jinými erbiovými ionty a znovu vyzařováno, což způsobí posun vlnové délky záření do delšího pásma. Toto záření je poté opět zesíleno prostřednictvím stimulované emise, což nakonec vede k širokopásmovému spektru ASE pokrývajícímu C nebo L pásma. Pro získání produktů světelných zdrojů ASE s různými pásmy vlnových délek, jako jsou C, L a C+L, lze navrhnout různé struktury optické dráhy.

Výše uvedené ukazuje optickou dráhu pro testování spektra záření ASE vlákna dotovaného Er. Izolátor je izolátor z optických vláken a WDM je 980/1550nm vláknový vlnový multiplex (WDM). 974nm jednovidový pumpovaný LD poskytuje pumpový laser, který je připojen k buzení části jednovidového Er-dopovaného vlákna přes WDM. Vyzařované zpětné a dopředné světlo ASE vychází ze dvou samostatných izolátorů. Při stejném výkonu čerpadla je na obrázku znázorněno naměřené zpětné spektrum ASE (zelená čára) a dopředné spektrum ASE (modrá čára). Je vidět, že spektrum záření ASE přímo emitované vláknem dotovaným erbiem není ploché; rozdíl hustoty výkonu mezi různými vlnovými délkami může dosáhnout více než 10 dB a spektra ASE v obou směrech nejsou zcela totožná. Proto je u produktů širokopásmových světelných zdrojů ASE s optickými vlákny vyžadována technologie spektrálního zploštění (filtry), aby bylo dosaženo plochého výstupního spektra.