مصدر ضوء النطاق العريض ASE المشبع بالإربيوم من الألياف C + L

تُستخدم مصادر الضوء ذات النطاق العريض ASE على نطاق واسع في اختبارات الإنتاج وتجارب البحث العلمي. تحاول هذه المقالة أن تشرح بإيجاز المعلمات الرئيسية وطرق الاختبار لمصادر ضوء النطاق العريض ASE ذات الألياف المشبعة بالإربيوم ذات النطاق C + L.

مبدأ العمل ضوء النطاق العريض ASE المتولد عن الألياف المشبعة بالإربيوم هو ضوء انبعاث تلقائي مضخم يتم توليده بواسطة ليزر قصير الطول موجي يضخ أليافًا مخدرة بالإربيوم. كما هو موضح في الرسم التخطيطي أدناه، تنتقل أيونات الأرض النادرة المضخوخة بين مستويات الطاقة العلوية والسفلية، مما يولد ضوء انبعاث تلقائي، والذي يتم تضخيمه أثناء الانبعاث المحفز. تتكرر هذه العملية بشكل مستمر، وفي ظل ظروف ضخ كافية، يمكنها أيضًا تحقيق طاقة إنتاجية عالية إلى حد كبير.

(ASE = الانبعاثات التلقائية المتضخمة)

ينتشر إشعاع ASE كضوء ضوضاء في ليزر الألياف ومضخمات الألياف. عادةً ما يتنافس ضوء ASE مع ليزر الطول الموجي للإشارة من أجل الكسب، مما يتسبب في انخفاض قوة الليزر الفعالة، وانخفاض نسبة إشارة الليزر إلى الضوضاء، وانخفاض الاستقطاب. لذلك، فمن المستحسن تقليل حدوث ضوء ASE في ليزر الألياف ومكبرات الصوت الليفية. عند تصميم ليزر الألياف ومكبرات الصوت، يتم تقليل نسبة طاقة ضوء ASE قدر الإمكان عن طريق تحسين بنية المسار البصري. ومع ذلك، فإن ضوء ASE كمصدر للضوء يمتلك أيضًا خصائص معينة، مثل النطاق الطيفي الواسع، والطيف المسطح، والتماسك المنخفض، والاستقطاب المنخفض، والتي لا توجد في مصادر ضوء الليزر. علاوة على ذلك، يمكن لمصادر ضوء الألياف الضوئية ASE، المتولدة داخل ألياف الإربيوم أحادية الوضع، أن تقترن بالألياف العادية أحادية الوضع دون أي خسارة تقريبًا. ولذلك، فإن هذا النوع من مصادر ضوء ASE ذات النطاق العريض له تطبيقات مهمة في مواقف معينة، مثل جيروسكوبات الألياف الضوئية، واستشعار الألياف الضوئية، وتصوير OCT، وتعويض الطاقة في قنوات الاتصال البصرية.

في منتجات مصدر الضوء ذات النطاق العريض C + L العملية، يتم استخدام ألياف السيليكا المشبعة بالإربيوم عادةً كوسيط نشط، ويتم استخدام ليزر أشباه الموصلات 980 نانومتر كمضخة إثارة لتوليد انبعاث تلقائي في النطاق C، والذي يتم بعد ذلك تضخيمه من خلال الانبعاث المحفز. نظرًا لأن الألياف المشبعة بالإربيوم لها طول معين، فإن إشعاع النطاق C يتم امتصاصه بواسطة أيونات الإربيوم الأخرى ويعاد إشعاعه، مما يتسبب في تحول الطول الموجي للإشعاع إلى نطاق أطول. يتم بعد ذلك تضخيم هذا الإشعاع مرة أخرى من خلال البث المحفز، مما يؤدي في النهاية إلى طيف ASE عريض النطاق يغطي النطاقين C أو L. يمكن تصميم هياكل مسار بصري مختلفة للحصول على منتجات مصدر ضوء ASE بنطاقات أطوال موجية مختلفة، مثل C وL وC+L.

يوضح ما ورد أعلاه المسار البصري لاختبار طيف إشعاع ASE للألياف المخدرة. المعزل عبارة عن عازل ألياف بصرية، وWDM عبارة عن مضاعفة تقسيم الطول الموجي للألياف 980/1550 نانومتر (WDM). يوفر LD الذي يتم ضخه أحادي الوضع 974 نانومتر ليزر المضخة، والذي يقترن بإثارة جزء من الألياف ذات الوضع الفردي Er-doped عبر WDM. يتم إخراج ضوء ASE المنبعث للخلف وللأمام من خلال عازلين منفصلين. تحت نفس طاقة المضخة، يظهر في الشكل طيف ASE الخلفي المقاس (الخط الأخضر) وطيف ASE الأمامي (الخط الأزرق). يمكن ملاحظة أن طيف إشعاع ASE المنبعث مباشرة من الألياف المخدرة بالإربيوم ليس مسطحًا؛ يمكن أن يصل فرق كثافة الطاقة بين الأطوال الموجية المختلفة إلى أكثر من 10 ديسيبل، وأطياف ASE في الاتجاهين ليست متطابقة تمامًا. لذلك، في منتجات مصدر الضوء ذات النطاق العريض من الألياف الضوئية ASE، تكون تقنية التسطيح الطيفي (المرشحات) مطلوبة لتحقيق طيف إخراج مسطح.