În tehnologiile-de ultimă oră, cum ar fi comunicațiile optice, detecția prin fibră optică și spectroscopie, un tip special de sursă de lumină joacă un rol crucial ca un erou necunoscut. Nu este cunoscut pentru frecvența sa unică și coerența ridicată ca un laser și nici nu este la fel de simplu și comun ca un LED. Este ASE
Sursă de lumină în bandă largă (Sursă de lumină în bandă largă cu emisie spontană amplificată), un instrument puternic care generează lumină într-un mod unic.
I. Definiția și principiul de bază al unei surse ASE
Miezul unei surse de lumină ASE se află în „emisia spontană amplificată”. Pentru a-l înțelege, trebuie mai întâi să înțelegem două concepte:
1. Emisia spontană: Acesta este modul în care un LED emite lumină. Când electronii dintr-un semiconductor trec de la un nivel de energie mai înalt la unul mai scăzut, ei emit aleatoriu și independent un foton. Acești fotoni au faze, direcții și lungimi de undă diferite, rezultând o lumină ne-coerentă cu un spectru larg.
2. Emisia stimulată: Acesta este modul în care un laser emite lumină. Un foton care intră „stimulează” un electron la un nivel de energie mai înalt, forțându-l să treacă și să elibereze un foton care este identic cu cel care vine (aceeași fază, direcție și lungime de undă). Acest proces amplifică lumina și produce lumină foarte coerentă.
Procesul Sursei de emisie spontană amplificată se află inteligent între acestea două. Are loc într-un mediu de câștig (de obicei, fibre dopate cu Erbiu-EDFA, Fibră dopată cu iterbiu-, etc.).
Pasul 1:Emisie spontană. Când mediul de câștig este excitat de o sursă de pompă (de obicei un laser cu pompă), electronii din acesta sunt ridicați la niveluri de energie mai ridicate. Fără niciun stimul extern, acești electroni trec spontan înapoi la niveluri inferioare, generând fotoni de radiație spontană de diferite direcții și lungimi de undă.
Pasul 2:Procesul de amplificare. Cheia este că acest mediu de câștig este conceput pentru a avea un câștig mare. Acești fotoni spontani generați aleatoriu nu ies direct așa cum ar fi într-un LED comun. În schimb, pe măsură ce călătoresc prin mediu, acţionează ca „seminţe” pentru a declanşa emisia stimulată de la alţi electroni excitaţi, producând astfel un număr mare de fotoni identici cu ei înşişi-lumina este amplificată.
Rezultatul final:Deoarece fotonii inițiali „sămânță” acoperă înșiși o gamă largă de lungimi de undă, lumina amplificată acoperă și o bandă largă. Între timp, deoarece procesul de amplificare implică emisie stimulată, puterea sa de ieșire este mult mai mare decât emisia spontană obișnuită (de exemplu, de la un LED). Cu toate acestea, datorită caracterului aleatoriu al fotonilor inițiali, coerența acestuia este mult mai mică decât cea a unui laser. Ieșirea finală este un fascicul de lumină de-putere mare,-spectru larg,-coerență scăzută-aceasta este sursa de lumină de bandă largă ASE.
II. Caracteristici esențiale ale surselor ASE
1. Spectru larg: Aceasta este caracteristica sa cea mai proeminentă. O sursă tipică ASE dopată cu erbiu-poate avea o lățime a spectrului de ieșire de 30-80nm (centrată în jurul a 1550nm), depășind cu mult lățimea de linie a unui laser. Acest lucru îi permite să acopere întreaga bandă C- sau L-, făcându-l o sursă multicanal ideală.
2. Putere mare de ieșire: Datorită procesului de amplificare, puterea de ieșire a unei surse ASE poate atinge zeci de miliwați sau chiar niveluri de wați, cu câteva ordine de mărime mai mare decât cea a unui LED.
3. Coerență scăzută: Deoarece lumina este un amestec amplificat de numeroase lungimi de undă diferite, coerența sa temporală este foarte scăzută. Această caracteristică este un avantaj imens în multe aplicații.
4. Bună independență de polarizare: De obicei, lumina de ieșire a unei surse ASE este nepolarizată sau are o polarizare foarte scăzută, simplificând utilizarea în sistemele optice.
III. Aplicații de bază ale surselor ASE
Proprietățile lor unice le fac indispensabile în următoarele domenii:
1. Testarea sistemului de comunicații cu fibră optică: este instrumentul perfect pentru testarea răspunsului spectral al componentelor optice (cum ar fi izolatoare, circulatoare, multiplexare cu diviziune a lungimii de undă WDM, comutatoare optice etc.). Iluminând un dispozitiv cu lumină cu spectru larg-și analizând direct spectrul de ieșire, se poate evalua rapid și precis pierderea de inserție a dispozitivului, lățimea de bandă și alte valori de performanță pe întreaga bandă.
2.Sisteme de detecție cu fibră optică: sistemele de detectare bazate pe interferometrie cu -coerență scăzută (cum ar fi giroscoape cu fibră optică și tomografie cu coerență optică OCT) se bazează în mare măsură pe surse ASE. Coerența lor scăzută permite măsurarea precisă a diferențelor de trasee optice foarte scurte, utilizate pentru a detecta presiunea, temperatura, deformarea etc. și este crucială în imagistica medicală și monitorizarea industrială.
3. Ca sursă auxiliară pentru EDFA: în amplificatoarele cu fibre dopate cu Erbium-(EDFA), zgomotul ASE trebuie suprimat. Dimpotrivă, totuși, o sursă ASE mică poate fi utilizată ca „lumină semințe” pentru a aplatiza spectrul de câștig al unui EDFA sau pentru a suprima alte zgomote.
4.Spectroscopie: Poate fi folosit ca sursă de bandă largă pentru instrumente precum spectrometrele cu infraroșu cu transformată Fourier (FTIR) pentru analiza compoziției materialelor.
Concluzie
Sursa de lumină de bandă largă ASE nu este un înlocuitor pentru lasere sau LED-uri, ci o sursă foarte specializată. Combină inteligent natura cu-spectru larg a emisiei „spontane” cu puterea de amplificare a emisiei „stimulate”, găsind un echilibru perfect între putere mare, spectru larg și coerență scăzută. Tocmai acest echilibru îl face un dispozitiv cheie indispensabil în domeniile moderne de testare, detecție și măsurare optoelectronice, conducând în mod continuu la dezvoltarea tehnologiilor de ultimă oră-.