У передових-технологіях, таких як оптичний зв’язок, волоконно-оптичний датчик і спектроскопія, особливий тип джерела світла відіграє вирішальну роль як неоспіваний герой. Він не відомий своєю єдиною частотою та високою когерентністю, як лазер, і не такий простий і поширений, як світлодіод. Це ASE
Широкосмугове джерело світла (широкосмугове джерело світла зі спонтанним випромінюванням), потужний інструмент, який генерує світло унікальним способом.
I. Визначення та основний принцип джерела ASE
Основою джерела світла ASE є «посилене спонтанне випромінювання». Щоб зрозуміти це, ми повинні спочатку зрозуміти два поняття:
1.Спонтанне випромінювання: ось як світлодіод випромінює світло. Коли електрони в напівпровіднику переходять з вищого рівня енергії на нижчий, вони випадково і незалежно випромінюють фотон. Ці фотони мають різні фази, напрямки та довжини хвиль, що призводить до не-когерентного світла із широким спектром.
2. Стимульоване випромінювання: так лазер випромінює світло. Вхідний фотон «стимулює» електрон на вищому енергетичному рівні, змушуючи його переходити та вивільняти фотон, ідентичний вхідному (та сама фаза, напрямок і довжина хвилі). Цей процес посилює світло та створює висококогерентне світло.
Процес джерела посиленого спонтанного випромінювання вміло розташований між цими двома. Він відбувається в середовищі підсилення (зазвичай волокно з добавками ЕРФА, -волокно з добавками ітербію тощо).
Крок 1:Спонтанне випромінювання. Коли середовище підсилення збуджується джерелом накачування (зазвичай лазером накачування), електрони в ньому піднімаються до вищих енергетичних рівнів. Без будь-якого зовнішнього стимулу ці електрони спонтанно повертаються на нижчі рівні, генеруючи спонтанні фотони випромінювання різних напрямків і довжин хвиль.
крок 2:Процес підсилення. Ключовим є те, що це середовище посилення розроблено для високого посилення. Ці випадково згенеровані спонтанні фотони не виходять безпосередньо, як у звичайному світлодіоді. Натомість, подорожуючи середовищем, вони діють як «зародки», що викликають стимульоване випромінювання інших збуджених електронів, створюючи таким чином велику кількість ідентичних собі фотонів-світло посилюється.
Остаточний результат:Оскільки початкові «зародкові» фотони самі охоплюють широкий діапазон довжин хвиль, підсилене світло також охоплює широку смугу. Тим часом, оскільки процес підсилення включає стимульоване випромінювання, його вихідна потужність набагато вища, ніж звичайне спонтанне випромінювання (наприклад, від світлодіода). Однак через випадковість початкових фотонів його когерентність набагато нижча, ніж у лазера. Остаточним виходом є промінь високої-потужності, широкого-спектру, низько-когерентності-це широкосмугове джерело світла ASE.
II. Основні особливості джерел ASE
1. Широкий спектр: це його найвидатніша функція. Типове джерело ASE, леговане ербієм, може мати ширину вихідного спектру 30-80 нм (з центром навколо 1550 нм), що значно перевищує ширину лінії лазера. Це дозволяє охоплювати весь діапазон C- або L-, що робить його ідеальним багатоканальним джерелом.
2. Висока вихідна потужність: завдяки процесу підсилення вихідна потужність джерела ASE може сягати десятків міліват або навіть рівнів у ватах, що на кілька порядків перевищує потужність світлодіода.
3. Низька когерентність: оскільки світло є посиленою сумішшю багатьох різних довжин хвиль, його часова когерентність дуже низька. Ця характеристика є величезною перевагою в багатьох застосуваннях.
4. Хороша незалежність від поляризації: Як правило, вихідне світло джерела ASE є неполяризованим або має дуже низьку поляризацію, що спрощує його використання в оптичних системах.
III. Основні програми джерел ASE
Їх унікальні властивості роблять їх незамінними в таких сферах:
1. Тестування волоконно-оптичної системи зв’язку: це ідеальний інструмент для перевірки спектрального відгуку оптичних компонентів (таких як ізолятори, циркуляційні насоси, мультиплексори з розділенням довжин хвиль WDM, оптичні перемикачі тощо). Освітлюючи пристрій широко-спектральним світлом і безпосередньо аналізуючи вихідний спектр, можна швидко й точно оцінити внесені втрати пристрою, пропускну здатність та інші показники продуктивності в усьому діапазоні.
2. Волоконно-оптичні системи зондування. Системи зондування, засновані на низько{1}}когерентній інтерферометрії (такі як оптоволоконні гіроскопи та OCT оптична когерентна томографія), значною мірою залежать від джерел ASE. Їх низька когерентність дозволяє точно вимірювати дуже короткі різниці оптичних шляхів, що використовуються для визначення тиску, температури, деформації тощо, і є вирішальним у медичній візуалізації та промисловому моніторингу.
3. Як допоміжне джерело для EDFA: у волоконних підсилювачах із легуванням ербієм (EDFA) шум ASE є тим, що потрібно придушити. І навпаки, невелике джерело ASE може використовуватися як «початкове світло» для вирівнювання спектру посилення EDFA або придушення інших шумів.
4.Спектроскопія: може використовуватися як широкосмугове джерело для таких приладів, як інфрачервоні спектрометри з перетворенням Фур’є (FTIR) для аналізу складу матеріалу.
Висновок
Широкосмугове джерело світла ASE – це не заміна лазерів чи світлодіодів, а вузькоспеціалізоване джерело. Він вміло поєднує широкий-спектр природи «спонтанного» випромінювання з потужністю підсилення «стимульованого» випромінювання, знаходячи ідеальний баланс між високою потужністю, широким спектром і низькою когерентністю. Саме такий баланс робить його незамінним ключовим пристроєм у сучасному оптоелектронному тестуванні, зондуванні та вимірюванні, що постійно сприяє розвитку передових-технологій.