Широкополосный источник света ASE из эрбиевого волокна C+L диапазона

Широкополосные источники света ASE широко используются в производственных испытаниях и научно-исследовательских экспериментах. В данной статье предпринята попытка кратко объяснить основные параметры и методы испытаний широкополосных источников света ASE из легированного эрбием волокна C+L-диапазона.

Принцип работы Широкополосный свет ASE, генерируемый волокном, легированным эрбием, представляет собой усиленный свет спонтанного излучения, генерируемый коротковолновой лазерной накачкой волокна, легированного эрбием. Как показано на схематической диаграмме ниже, накачиваемые ионы редкоземельных металлов переходят между верхними и нижними энергетическими уровнями, генерируя спонтанное излучение света, которое усиливается во время стимулированного излучения. Этот процесс повторяется непрерывно, и при достаточных условиях откачки можно даже достичь значительно высокой выходной мощности.

(ASE = усиленное спонтанное излучение)

ASE-излучение широко распространено в виде шумового света в волоконных лазерах и волоконных усилителях. Свет ASE обычно конкурирует с лазером с длиной волны сигнала за усиление, вызывая снижение эффективной мощности лазера, уменьшение отношения лазерного сигнала к шуму и уменьшение поляризации. Поэтому желательно свести к минимуму появление ASE-излучения в волоконных лазерах и волоконных усилителях. При проектировании волоконных лазеров и усилителей доля мощности ASE-излучения максимально снижается за счет оптимизации структуры оптического пути. Однако свет ASE как источник света также обладает определенными характеристиками, такими как широкий спектральный диапазон, плоский спектр, низкая когерентность и низкая поляризация, которых нет в лазерных источниках света. Кроме того, оптоволоконные источники света ASE, генерируемые в одномодовом эрбиевом волокне, могут соединяться с обычным одномодовым волокном практически без потерь. Таким образом, этот тип широкополосного источника света ASE имеет важные применения в определенных ситуациях, таких как оптоволоконные гироскопы, оптоволоконные датчики, ОКТ-изображения и компенсация мощности в оптических каналах связи.

В практических широкополосных источниках света ASE с волоконным диапазоном C+L в качестве активной среды обычно используется кварцевое волокно, легированное эрбием, а полупроводниковый лазер с длиной волны 980 нм используется в качестве возбуждающей накачки для генерации спонтанного излучения в C-диапазоне, которое затем усиливается за счет стимулированного излучения. Поскольку волокно, легированное эрбием, имеет определенную длину, излучение C-диапазона поглощается другими ионами эрбия и повторно излучается, в результате чего длина волны излучения смещается в более длинный диапазон. Затем это излучение снова усиливается за счет стимулированного излучения, что в конечном итоге приводит к образованию широкополосного спектра ASE, охватывающего C- или L-диапазоны. Для получения продуктов источников света ASE с разными диапазонами длин волн, такими как C, L и C+L, могут быть разработаны различные структуры оптического пути.

Выше показан оптический путь для тестирования спектра излучения ASE волокна, легированного Er. Изолятор представляет собой оптоволоконный изолятор, а WDM представляет собой волоконно-оптический мультиплексор с разделением по длине волны (WDM) 980/1550 нм. Лазер накачки с одномодовой накачкой 974 нм обеспечивает лазер накачки, который подключается для возбуждения участка одномодового волокна, легированного эрбием, через WDM. Излучаемый вперед и назад свет ASE выводится через два отдельных изолятора. При той же мощности накачки на рисунке показаны измеренные спектры обратного ASE (зеленая линия) и прямого спектра ASE (синяя линия). Видно, что спектр излучения ASE, испускаемого непосредственно эрбиевым волокном, не является плоским; разница плотности мощности между разными длинами волн может достигать более 10 дБ, а спектры ASE в двух направлениях не полностью идентичны. Поэтому в волоконно-оптических широкополосных источниках света ASE требуется технология выравнивания спектра (фильтры) для достижения плоского выходного спектра.