C+L-band erbium-gedoteerde vezel ASE-breedbandlichtbron

ASE-breedbandlichtbronnen worden veel gebruikt bij productietests en wetenschappelijke onderzoeksexperimenten. In dit artikel wordt geprobeerd de belangrijkste parameters en testmethoden van C+L-band erbium-gedoteerde vezel-ASE-breedbandlichtbronnen kort uit te leggen.

Werkingsprincipe ASE-breedbandlicht gegenereerd door erbium-gedoteerde vezels is versterkt spontaan emissielicht gegenereerd door laserpompen met korte golflengte met erbium-gedoteerde vezels. Zoals weergegeven in het onderstaande schematische diagram, gaan de gepompte zeldzame-aarde-ionen over tussen hogere en lagere energieniveaus, waardoor spontaan emissielicht wordt gegenereerd, dat wordt versterkt tijdens gestimuleerde emissie. Dit proces herhaalt zich voortdurend en kan bij voldoende pompomstandigheden zelfs een aanzienlijk hoog uitgangsvermogen bereiken.

(ASE = versterkte spontane emissie)

ASE-straling komt veel voor als ruislicht in fiberlasers en fiberversterkers. ASE-licht concurreert gewoonlijk met de signaalgolflengtelaser om versterking, wat een afname van het effectieve laservermogen, een vermindering van de signaal-ruisverhouding van de laser en een afname van de polarisatie veroorzaakt. Daarom is het wenselijk om het optreden van ASE-licht in fiberlasers en fiberversterkers te minimaliseren. Bij het ontwerpen van fiberlasers en versterkers wordt het vermogensaandeel van ASE-licht zoveel mogelijk verminderd door de optische padstructuur te optimaliseren. ASE-licht als lichtbron bezit echter ook bepaalde kenmerken, zoals een breed spectraal bereik, een vlak spectrum, lage coherentie en lage polarisatie, die niet voorkomen in laserlichtbronnen. Bovendien kunnen glasvezel ASE-lichtbronnen, gegenereerd binnen single-mode erbium-vezels, vrijwel zonder verlies worden gekoppeld aan gewone single-mode glasvezel. Daarom heeft dit type breedband ASE-lichtbron belangrijke toepassingen in bepaalde situaties, zoals glasvezelgyroscopen, glasvezeldetectie, OCT-beeldvorming en vermogenscompensatie in optische communicatiekanalen.

In praktische C+L-bandvezel-ASE-breedbandlichtbronproducten wordt erbium-gedoteerde silicavezel doorgaans gebruikt als het actieve medium, en wordt een 980 nm halfgeleiderlaser gebruikt als de excitatiepomp om spontane emissie in de C-band te genereren, die vervolgens wordt versterkt door gestimuleerde emissie. Omdat de met erbium gedoteerde vezel een bepaalde lengte heeft, wordt de C-bandstraling geabsorbeerd door andere erbiumionen en opnieuw uitgestraald, waardoor de stralingsgolflengte naar een langere band verschuift. Deze straling wordt vervolgens opnieuw versterkt door gestimuleerde emissie, wat uiteindelijk resulteert in een breedbandig ASE-spectrum dat de C- of L-banden bestrijkt. Er kunnen verschillende optische padstructuren worden ontworpen om ASE-lichtbronproducten te verkrijgen met verschillende golflengtebanden, zoals C, L en C+L.

Het bovenstaande toont het optische pad voor het testen van het ASE-stralingsspectrum van Er-gedoteerde vezels. De isolator is een glasvezelisolator en de WDM is een 980/1550 nm vezelgolflengteverdelingsmultiplexing (WDM). Een 974 nm single-mode gepompte LD levert de pomplaser, die is gekoppeld om een ​​deel van single-mode Er-gedoteerde glasvezel via de WDM te exciteren. Het uitgezonden achterwaartse en voorwaartse ASE-licht wordt via twee afzonderlijke isolatoren uitgevoerd. Onder hetzelfde pompvermogen worden het gemeten achterwaartse ASE-spectrum (groene lijn) en voorwaartse ASE-spectrum (blauwe lijn) weergegeven in de figuur. Het is duidelijk dat het ASE-stralingsspectrum dat rechtstreeks wordt uitgezonden door de met Erbium gedoteerde vezel niet vlak is; het verschil in vermogensdichtheid tussen verschillende golflengten kan meer dan 10 dB bedragen, en de ASE-spectra in de twee richtingen zijn niet volledig identiek. Daarom is bij glasvezel ASE-breedbandlichtbronproducten spectrale afvlakkingstechnologie (filters) vereist om een ​​vlak uitgangsspectrum te bereiken.