C+L-Band-Erbium-dotierte Faser-ASE-Breitbandlichtquelle

ASE-Breitbandlichtquellen werden häufig in Produktionstests und wissenschaftlichen Forschungsexperimenten eingesetzt. In diesem Artikel wird versucht, die Hauptparameter und Testmethoden von C+L-Band-Erbium-dotierten Faser-ASE-Breitbandlichtquellen kurz zu erläutern.

Funktionsprinzip ASE-Breitbandlicht, das durch Erbium-dotierte Fasern erzeugt wird, ist verstärktes Spontanemissionslicht, das durch kurzwelliges Laserpumpen von Erbium-dotierten Fasern erzeugt wird. Wie im schematischen Diagramm unten dargestellt, wechseln die gepumpten Seltenerdionen zwischen oberen und unteren Energieniveaus und erzeugen spontanes Emissionslicht, das während der stimulierten Emission verstärkt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich und kann bei ausreichenden Pumpbedingungen sogar eine beachtlich hohe Ausgangsleistung erreichen.

(ASE = Amplified Spontaneous Emission)

ASE-Strahlung ist als Rauschlicht in Faserlasern und Faserverstärkern weit verbreitet. ASE-Licht konkurriert normalerweise mit der Signalwellenlänge des Lasers um Verstärkung, was zu einer Verringerung der effektiven Laserleistung, einer Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Lasers und einer Verringerung der Polarisation führt. Daher ist es wünschenswert, das Auftreten von ASE-Licht in Faserlasern und Faserverstärkern zu minimieren. Beim Entwurf von Faserlasern und Verstärkern wird der Leistungsanteil des ASE-Lichts durch Optimierung der optischen Pfadstruktur so weit wie möglich reduziert. Allerdings besitzt ASE-Licht als Lichtquelle auch bestimmte Eigenschaften, wie einen breiten Spektralbereich, ein flaches Spektrum, eine geringe Kohärenz und eine geringe Polarisation, die bei Laserlichtquellen nicht zu finden sind. Darüber hinaus können faseroptische ASE-Lichtquellen, die in Singlemode-Erbiumfasern erzeugt werden, nahezu verlustfrei mit gewöhnlichen Singlemode-Fasern gekoppelt werden. Daher hat diese Art von Breitband-ASE-Lichtquelle in bestimmten Situationen wichtige Anwendungen, wie z. B. faseroptische Gyroskope, faseroptische Sensorik, OCT-Bildgebung und Leistungskompensation in optischen Kommunikationskanälen.

In praktischen C+L-Band-Faser-ASE-Breitband-Lichtquellenprodukten wird typischerweise eine Erbium-dotierte Quarzfaser als aktives Medium verwendet, und ein 980-nm-Halbleiterlaser wird als Anregungspumpe verwendet, um eine spontane Emission im C-Band zu erzeugen, die dann durch stimulierte Emission verstärkt wird. Da die mit Erbium dotierte Faser eine bestimmte Länge hat, wird die C-Band-Strahlung von anderen Erbiumionen absorbiert und erneut abgestrahlt, wodurch sich die Strahlungswellenlänge in ein längeres Band verschiebt. Diese Strahlung wird dann durch stimulierte Emission erneut verstärkt, was letztendlich zu einem breitbandigen ASE-Spektrum führt, das das C- oder L-Band abdeckt. Es können unterschiedliche optische Pfadstrukturen entworfen werden, um ASE-Lichtquellenprodukte mit unterschiedlichen Wellenlängenbändern wie C, L und C+L zu erhalten.

Das Obige zeigt den optischen Pfad zum Testen des ASE-Strahlungsspektrums einer Er-dotierten Faser. Der Isolator ist ein Glasfaserisolator und das WDM ist ein 980/1550-nm-Faser-Wellenlängenmultiplex (WDM). Ein 974-nm-Single-Mode-gepumpter LD stellt den Pumplaser bereit, der so gekoppelt ist, dass er über das WDM einen Abschnitt einer Single-Mode-Er-dotierten Faser anregt. Das nach hinten und nach vorne emittierte ASE-Licht wird über zwei separate Isolatoren ausgegeben. Bei gleicher Pumpleistung sind in der Abbildung das gemessene Rückwärts-ASE-Spektrum (grüne Linie) und das Vorwärts-ASE-Spektrum (blaue Linie) dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das von der Erbium-dotierten Faser direkt emittierte ASE-Strahlungsspektrum nicht flach ist; Der Leistungsdichteunterschied zwischen verschiedenen Wellenlängen kann mehr als 10 dB erreichen und die ASE-Spektren in beiden Richtungen sind nicht vollständig identisch. Daher ist in faseroptischen ASE-Breitbandlichtquellenprodukten eine spektrale Glättungstechnologie (Filter) erforderlich, um ein flaches Ausgangsspektrum zu erzielen.