แหล่งกำเนิดแสงบรอดแบนด์ ASE ไฟเบอร์เจือด้วยเออร์เบียมแถบ C+L

แหล่งกำเนิดแสงบรอดแบนด์ ASE ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการทดสอบการผลิตและการทดลองวิจัยทางวิทยาศาสตร์ บทความนี้พยายามอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับพารามิเตอร์หลักและวิธีการทดสอบของแหล่งกำเนิดแสงบรอดแบนด์ ASE ไฟเบอร์เจือด้วยเออร์เบียมแถบ C+L

หลักการทำงาน แสงบรอดแบนด์ ASE ที่สร้างโดยเส้นใยที่เจือด้วยเออร์เบียมคือการขยายแสงที่ปล่อยออกมาเองซึ่งเกิดจากเลเซอร์ความยาวคลื่นสั้นที่สูบฉีดเส้นใยที่เจือด้วยเออร์เบียม ดังที่แสดงในแผนภาพด้านล่าง ไอออนของธาตุหายากที่ถูกสูบจะเปลี่ยนระหว่างระดับพลังงานบนและล่าง ทำให้เกิดแสงที่เปล่งออกมาเอง ซึ่งจะถูกขยายในระหว่างการปล่อยก๊าซกระตุ้น กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำอย่างต่อเนื่อง และภายใต้สภาวะการสูบที่เพียงพอ ก็สามารถบรรลุกำลังขับที่สูงมากได้

(ASE = การปล่อยก๊าซธรรมชาติแบบขยาย)

การแผ่รังสี ASE แพร่หลายในรูปของแสงรบกวนในไฟเบอร์เลเซอร์และเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ โดยปกติแล้วแสง ASE จะแข่งขันกับเลเซอร์ความยาวคลื่นของสัญญาณเพื่อให้ได้พลังงาน ส่งผลให้กำลังเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพลดลง อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนของเลเซอร์ลดลง และโพลาไรเซชันลดลง ดังนั้นจึงควรลดการเกิดแสง ASE ในไฟเบอร์เลเซอร์และเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ให้เหลือน้อยที่สุด เมื่อออกแบบไฟเบอร์เลเซอร์และแอมพลิฟายเออร์ สัดส่วนกำลังของแสง ASE จะลดลงมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยการปรับโครงสร้างเส้นทางแสงให้เหมาะสม อย่างไรก็ตาม แสง ASE ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงยังมีลักษณะบางอย่าง เช่น ช่วงสเปกตรัมกว้าง สเปกตรัมแบน ความสอดคล้องกันต่ำ และโพลาไรซ์ต่ำ ซึ่งไม่พบในแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ นอกจากนี้ แหล่งกำเนิดแสง ASE ของไฟเบอร์ออปติกที่สร้างขึ้นภายในไฟเบอร์เออร์เบียมโหมดเดี่ยว สามารถจับคู่กับไฟเบอร์โหมดเดี่ยวธรรมดาได้โดยแทบไม่สูญเสียเลย ดังนั้นแหล่งกำเนิดแสง ASE บรอดแบนด์ประเภทนี้จึงมีการใช้งานที่สำคัญในบางสถานการณ์ เช่น ไจโรสโคปแบบไฟเบอร์ออปติก การตรวจจับด้วยไฟเบอร์ออปติก การสร้างภาพ OCT และการชดเชยพลังงานในช่องสัญญาณการสื่อสารแบบออปติก

ในผลิตภัณฑ์แหล่งกำเนิดแสงบรอดแบนด์ ASE ของไฟเบอร์แถบ C+L ที่ใช้งานได้จริง โดยทั่วไปแล้วไฟเบอร์ซิลิกาเจือเออร์เบียมจะถูกใช้เป็นสื่อที่ใช้งานอยู่ และใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ 980 นาโนเมตรเป็นปั๊มกระตุ้นเพื่อสร้างการปล่อยแสงที่เกิดขึ้นเองในแถบ C ซึ่งจากนั้นจะถูกขยายผ่านการปล่อยสัญญาณกระตุ้น เนื่องจากเส้นใยที่เจือด้วยเออร์เบียมมีความยาวที่แน่นอน รังสีแถบ C จึงถูกดูดซับโดยไอออนเออร์เบียมอื่นๆ และแผ่รังสีอีกครั้ง ส่งผลให้ความยาวคลื่นรังสีเปลี่ยนไปเป็นแถบที่ยาวกว่า จากนั้นการแผ่รังสีนี้จะถูกขยายอีกครั้งโดยการกระตุ้นการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ส่งผลให้สเปกตรัม ASE แบบบรอดแบนด์ครอบคลุมแถบความถี่ C หรือ L ในที่สุด โครงสร้างเส้นทางแสงที่แตกต่างกันสามารถออกแบบเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์แหล่งกำเนิดแสง ASE ที่มีแถบความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน เช่น C, L และ C+L

ภาพด้านบนแสดงเส้นทางแสงสำหรับทดสอบสเปกตรัมรังสี ASE ของไฟเบอร์ Er-doped ตัวแยกคือตัวแยกไฟเบอร์ออปติก และ WDM เป็นตัวแยกมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นไฟเบอร์ 980/1550 นาโนเมตร (WDM) LD ที่ปั๊มแบบโหมดเดี่ยวขนาด 974 นาโนเมตรให้ปั๊มเลเซอร์ ซึ่งเชื่อมต่อกันเพื่อกระตุ้นส่วนของไฟเบอร์ Er-doped แบบโหมดเดี่ยวผ่านทาง WDM แสง ASE ที่ปล่อยออกมาทั้งด้านหน้าและด้านหลังจะถูกส่งผ่านตัวแยกสองตัวที่แยกจากกัน ภายใต้กำลังปั๊มเดียวกัน สเปกตรัม ASE ย้อนกลับที่วัดได้ (เส้นสีเขียว) และสเปกตรัม ASE ข้างหน้า (เส้นสีน้ำเงิน) จะแสดงในรูป จะเห็นได้ว่าสเปกตรัมรังสี ASE ที่ปล่อยออกมาโดยตรงจากเส้นใยที่เจือด้วยเออร์เบียมนั้นไม่แบนราบ ความแตกต่างของความหนาแน่นของพลังงานระหว่างความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 10dB และสเปกตรัม ASE ในสองทิศทางนั้นไม่เหมือนกันโดยสิ้นเชิง ดังนั้นในผลิตภัณฑ์แหล่งกำเนิดแสงบรอดแบนด์ ASE ไฟเบอร์ออปติก จึงจำเป็นต้องมีเทคโนโลยีการทำให้แบนสเปกตรัม (ตัวกรอง) เพื่อให้ได้สเปกตรัมเอาท์พุตแบบแบน