W-najnowocześniejszych technologiach, takich jak komunikacja optyczna, wykrywanie światłowodowe i spektroskopia, specjalny rodzaj źródła światła odgrywa kluczową rolę niedocenionego bohatera. Nie jest znany ze swojej pojedynczej częstotliwości i wysokiej koherencji jak laser, ani nie jest tak prosty i powszechny jak dioda LED. To jest ASE
Szerokopasmowe źródło światła (Szerokopasmowe źródło światła ze wzmocnioną emisją spontaniczną), potężne narzędzie generujące światło w wyjątkowy sposób.
I. Definicja i podstawowa zasada źródła ASE
Podstawą źródła światła ASE jest „wzmocniona emisja spontaniczna”. Aby to zrozumieć, musimy najpierw uchwycić dwa pojęcia:
1. Emisja spontaniczna: w ten sposób dioda LED emituje światło. Kiedy elektrony w półprzewodniku przechodzą z wyższego poziomu energii na niższy, losowo i niezależnie emitują foton. Te fotony mają różne fazy, kierunki i długości fal, co powoduje-niespójne światło o szerokim spektrum.
2. Emisja stymulowana: w ten sposób laser emituje światło. Przychodzący foton „stymuluje” elektron na wyższym poziomie energii, zmuszając go do przejścia i uwolnienia fotonu identycznego z przychodzącym (ta sama faza, kierunek i długość fali). Proces ten wzmacnia światło i wytwarza bardzo spójne światło.
Proces wzmocnionego źródła emisji spontanicznej sprytnie mieści się pomiędzy tymi dwoma. Zachodzi w ośrodku wzmacniającym (zwykle włóknie domieszkowanym erbem-EDFA, włóknem-domieszkowanym iterbem itp.).
Krok 1:Emisja spontaniczna. Kiedy ośrodek wzmacniający jest wzbudzany przez źródło pompy (zwykle laser pompujący), znajdujące się w nim elektrony zostają podniesione do wyższych poziomów energii. Bez żadnego zewnętrznego bodźca elektrony te spontanicznie przechodzą z powrotem na niższe poziomy, generując spontaniczne fotony promieniowania o różnych kierunkach i długościach fal.
Krok 2:Proces wzmacniania. Kluczem jest to, że ten nośnik wzmocnienia został zaprojektowany tak, aby zapewniał wysokie wzmocnienie. Te losowo generowane, spontaniczne fotony nie wychodzą bezpośrednio, jak w przypadku zwykłej diody LED. Zamiast tego, gdy przemieszczają się przez ośrodek, działają jak „nasiona”, które wyzwalają stymulowaną emisję innych wzbudzonych elektronów, wytwarzając w ten sposób dużą liczbę identycznych fotonów.-Światło ulega wzmocnieniu.
Wynik końcowy:Ponieważ same początkowe fotony „zalążkowe” obejmują szeroki zakres długości fal, wzmocnione światło obejmuje również szerokie pasmo. Tymczasem, ponieważ proces wzmacniania polega na emisji wymuszonej, jego moc wyjściowa jest znacznie większa niż w przypadku zwykłej emisji spontanicznej (np. z diody LED). Jednak ze względu na losowość początkowych fotonów jego spójność jest znacznie niższa niż w przypadku lasera. Końcowym produktem jest wiązka światła o dużej-mocy,-szerokim spektrum i niskiej-koherencji-. Jest to szerokopasmowe źródło światła ASE.
II. Zasadnicze cechy źródeł ASE
1. Szerokie spektrum: jest to jego najważniejsza cecha. Typowe źródło ASE-domieszkowanego erbem może mieć szerokość widma wyjściowego 30-80 nm (w środku około 1550 nm), co znacznie przekracza szerokość linii lasera. Dzięki temu pokrywa całe pasmo C-lub pasmo L-, co czyni go idealnym źródłem wielokanałowym.
2. Wysoka moc wyjściowa: Ze względu na proces wzmacniania moc wyjściowa źródła ASE może osiągnąć poziom kilkudziesięciu miliwatów, a nawet watów, o kilka rzędów wielkości wyższy niż w przypadku diody LED.
3. Niska spójność: Ponieważ światło jest wzmocnioną mieszaniną wielu różnych długości fal, jego spójność czasowa jest bardzo niska. Ta cecha jest ogromną zaletą w wielu zastosowaniach.
4. Dobra niezależność od polaryzacji: Zazwyczaj światło wyjściowe źródła ASE jest niespolaryzowane lub ma bardzo niską polaryzację, co upraszcza jego zastosowanie w systemach optycznych.
III. Podstawowe zastosowania źródeł ASE
Ich unikalne właściwości sprawiają, że są niezastąpione w następujących obszarach:
1. Testowanie systemów komunikacji światłowodowej: Jest to doskonałe narzędzie do testowania odpowiedzi widmowej elementów optycznych (takich jak izolatory, cyrkulatory, multipleksery z podziałem długości fali WDM, przełączniki optyczne itp.). Oświetlając urządzenie światłem o szerokim-zakresie i bezpośrednio analizując widmo wyjściowe, można szybko i dokładnie ocenić tłumienność wtrąceniową urządzenia, przepustowość i inne wskaźniki wydajności w całym paśmie.
2.Światłowodowe systemy wykrywania: systemy wykrywania oparte na interferometrii o niskiej{1}}koherencji (takie jak żyroskopy światłowodowe i optyczna tomografia koherentna OCT) w dużym stopniu opierają się na źródłach ASE. Ich niska koherencja pozwala na precyzyjny pomiar bardzo krótkich różnic ścieżek optycznych, wykorzystywanych do wykrywania ciśnienia, temperatury, odkształceń itp. i ma kluczowe znaczenie w obrazowaniu medycznym i monitorowaniu przemysłowym.
3. Jako źródło pomocnicze EDFA: We-erbowych wzmacniaczach światłowodowych domieszkowanych (EDFA) szum ASE należy tłumić. Jednak i odwrotnie, małe źródło ASE można wykorzystać jako „światło początkowe” w celu spłaszczenia widma wzmocnienia EDFA lub stłumienia innych szumów.
4. Spektroskopia: Może być używana jako źródło szerokopasmowe dla instrumentów takich jak spektrometry w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) do analizy składu materiałów.
Wniosek
Szerokopasmowe źródło światła ASE nie zastępuje laserów ani diod LED, ale jest źródłem wysoce wyspecjalizowanym. Sprytnie łączy-szerokie widmo emisji „spontanicznej” ze wzmacniającą mocą emisji „stymulowanej”, znajdując idealną równowagę pomiędzy dużą mocą, szerokim spektrum i niską koherencją. To właśnie ta waga czyni ją niezbędnym, kluczowym urządzeniem w nowoczesnych optoelektronicznych obszarach testowania, wykrywania i pomiarów, stale napędzającym rozwój najnowocześniejszych-technologii.