Nguồn sáng băng thông rộng ASE sợi pha tạp erbium dải C+L

Nguồn sáng băng thông rộng ASE được sử dụng rộng rãi trong thử nghiệm sản xuất và thí nghiệm nghiên cứu khoa học. Bài viết này cố gắng giải thích ngắn gọn các thông số chính và phương pháp thử nghiệm của nguồn sáng băng rộng ASE sợi pha tạp erbium dải C+L.

Nguyên lý làm việc Ánh sáng băng thông rộng ASE được tạo ra bởi sợi quang pha tạp erbium là ánh sáng phát xạ tự phát được khuếch đại được tạo ra bởi sợi quang pha tạp erbium bơm laser bước sóng ngắn. Như được thể hiện trong sơ đồ bên dưới, các ion đất hiếm được bơm chuyển đổi giữa mức năng lượng trên và dưới, tạo ra ánh sáng phát xạ tự phát, được khuếch đại trong quá trình phát xạ kích thích. Quá trình này lặp đi lặp lại liên tục và trong điều kiện bơm đủ, nó thậm chí có thể đạt được công suất đầu ra cao đáng kể.

(ASE = Phát xạ tự phát khuếch đại)

Bức xạ ASE phổ biến dưới dạng ánh sáng nhiễu trong laser sợi quang và bộ khuếch đại sợi quang. Ánh sáng ASE thường cạnh tranh với bước sóng tín hiệu của laser để đạt được độ lợi, làm giảm công suất laser hiệu dụng, giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của laser và giảm độ phân cực. Do đó, mong muốn giảm thiểu sự xuất hiện của ánh sáng ASE trong laser sợi quang và bộ khuếch đại sợi quang. Khi thiết kế laser sợi quang và bộ khuếch đại, tỷ lệ công suất của ánh sáng ASE được giảm càng nhiều càng tốt bằng cách tối ưu hóa cấu trúc đường dẫn quang. Tuy nhiên, ánh sáng ASE với tư cách là nguồn sáng cũng sở hữu một số đặc điểm nhất định, chẳng hạn như dải phổ rộng, phổ phẳng, độ kết hợp thấp và độ phân cực thấp, những đặc điểm không có trong nguồn sáng laser. Hơn nữa, các nguồn sáng ASE sợi quang, được tạo ra trong sợi erbium đơn mode, có thể kết hợp với sợi quang đơn mode thông thường mà hầu như không bị suy hao. Do đó, loại nguồn sáng ASE băng thông rộng này có các ứng dụng quan trọng trong một số trường hợp nhất định, chẳng hạn như con quay hồi chuyển sợi quang, cảm biến sợi quang, chụp ảnh OCT và bù công suất trong các kênh truyền thông quang học.

Trong các sản phẩm nguồn sáng băng rộng ASE sợi quang dải C+L thực tế, sợi silica pha tạp erbium thường được sử dụng làm môi trường hoạt động và laser bán dẫn 980nm được sử dụng làm bơm kích thích để tạo ra phát xạ tự phát trong dải C, sau đó được khuếch đại thông qua phát xạ kích thích. Do sợi pha tạp erbium có độ dài nhất định nên bức xạ dải C bị các ion erbium khác hấp thụ và bức xạ lại, khiến bước sóng bức xạ chuyển sang dải dài hơn. Bức xạ này sau đó được khuếch đại trở lại thông qua phát xạ kích thích, cuối cùng tạo ra phổ ASE băng thông rộng bao phủ các dải C hoặc L. Các cấu trúc đường quang khác nhau có thể được thiết kế để thu được các sản phẩm nguồn sáng ASE có các dải bước sóng khác nhau, chẳng hạn như C, L và C+L.

Trên đây trình bày đường quang để kiểm tra phổ bức xạ ASE của sợi pha tạp Er. Bộ cách ly là bộ cách ly sợi quang và WDM là bộ ghép kênh phân chia bước sóng sợi quang (WDM) 980/1550nm. LD được bơm đơn chế độ 974nm cung cấp laser bơm, được ghép nối để kích thích một phần sợi quang pha tạp Er chế độ đơn thông qua WDM. Ánh sáng ASE lùi và tiến phát ra được phát ra thông qua hai bộ cách ly riêng biệt. Trong cùng một công suất bơm, phổ ASE lùi đo được (đường màu xanh lá cây) và phổ ASE chuyển tiếp (đường màu xanh lam) được hiển thị trong hình. Có thể thấy, phổ bức xạ ASE do sợi pha tạp Erbium phát ra trực tiếp không phẳng; chênh lệch mật độ công suất giữa các bước sóng khác nhau có thể đạt tới hơn 10dB và phổ ASE ở hai hướng không hoàn toàn giống nhau. Do đó, trong các sản phẩm nguồn sáng băng thông rộng ASE sợi quang, cần có công nghệ làm phẳng quang phổ (bộ lọc) để đạt được phổ đầu ra phẳng.