Диапазон усиления

В наибольшей степени диапазон усиления определяется спектром сечения усиления ионов эрбия в материале сердцевины активного волокна.

Ширина спектра испускания ионов эрбия внедренных в сердцевину волокна заметно превышает ширину спектра испускания свободного иона эрбия. Определяющее влияние материала сердцевины волокна на спектр испускания связано с тем, что ионы эрбия окружены молекулами этого материала. Под действием молекул окружения уровни энергии ионов расщепляются на подуровни (рис. 6). Величина расщепления и определяет ширину полосы излучения.

Наиболее широким спектром испускания обладают ионы эрбия в стекле легированном германием с добавкой алюминия [7]. В волокнах, сердцевина которых легирована только Ge, в спектре испускания наблюдаются два острых пика. Добавка Al существенно уменьшает амплитуду этих пиков так, что в спектре испускания образуется полка шириной примерно 1535..1555 нм (рис. 6). Кроме того, в эрбиевом волокне с добавкой Al спектры испускания и поглощения уширены в первом приближении однородно.

Наиболее широкий спектр люминесценции достигается при использовании алюмосиликатной матрицы стекла. Соответствующие спектры усиления представлены на рис..

Рис.4. Спектры излучения ионов эрбия в кварцевом стекле с различными добавками

Увеличивая длину активного волокна, удается получать достаточно большой коэффициент усиления вплоть до длины волны 1560 нм, при превышении которой усиление резко спадает. Таким образом, ширина полосы усиления для традиционной конфигурации усилителя составляет примерно 30 нм (1530-1560 нм). Эта полоса усиления имеет название C-полосы (convinient). Как видно из рис.4, интенсивность люминесценции имеет заметное значение вплоть до 1600 нм. При этом поглощение в области 1560-1600 нм спадает существенно быстрее. Это позволяет также использовать этот диапазон для усиления, удлинив активное волокно в несколько раз по сравнению с предыдущим случаем. Таким образом, оказывается возможным усиление в так называемой L-полосе (long). Следует отметить, что при такой конструкции усилителя активная среда оказывается не полностью инвертированной, и для оптических сигналов в C-полосе такое устройство работает как поглотитель. Поэтому перед усилением оптические сигналы разделяются по диапазонам C и L, и для каждого используется свой усилитель. Спектральные характеристики усиления в обоих диапазонах представлены на рис.6.

Рис.. Спектральные характеристики двухдиапазонного усилителя

Дальнейшее расширение спектрального диапазона эрбиевых усилителей связано с использованием области 1480-1530 нм, или S-полосы (short-band). Интенсивность люминесценции ионов эрбия в этой области не меньше, чем в L-полосе, однако существенным является сильное перепоглощение сигнала. Эта проблема решается использованием более мощных источников накачки по сравнению с другими усилителям. Вторая проблема выглядит более серьезной и связана она с сильной конкуренцией усиления сигнала в S-полосе и спонтанной люминесценции С-полосы, для которой условия усиления являются более благоприятными. В последнее время опубликовано несколько работ, в которых показывается возможность усиления в S-полосе при использовании фильтров или введения изгибных потерь в диапазоне 1530-1560 нм для подавления спонтанной люминесценции.

Дата добавления: 2014-01-07