Измерение ширины и равномерности полосы усиления в насыщенном режиме

Измерение спектра усиления широкополосного сигнала в режиме насыщения (силного сигнала) обязательно следует проводить с использованием широкополосного сигнала.

Для расчета DWDM-линий связи недопустимо использовать спектры, полученные при сканировании сильного сигнала, т.к. они существенно отличаются от спектров усиления широкополосного сигнала (например от спектра усиления широкополосного DWDM сигнала).

Как видно из этого рисунка при усилении входного сигнала мощностью 0 дБм спектр усиления получается плоским в широком диапазоне длин волн примерно от 1520 нм до 1570 нм.

Уширение спектра при насыщении сигнала обусловлено тем, что линия усиления уширена однородно. Коэффициент усиления однородно уширенной линии уменьшается при насыщении сигнала тем сильнее, чем больше величина коэффициента усиления. В результате чего он становится более плоским. В неоднородно уширенной линии насыщение излучения приводит к появлению провала в спектре усиления на длине волны излучения.

Показатель усиления. Рассмотрим прохождение монохроматической волны частоты n через волокно, сердцевина которого легирована ионами эрбия. Обозначим через N₂ и N₁ плотности концентрации ионов в состояниях 2 и 1 (населенности). Приращение мощности в единице объема сердцевины волокна равно разности между излучаемой (N₂ <W_и> hn) и поглощаемой мощностью (N₁ <W_п> hn)

dP_c/dV = (N₂ <W_и> - N₁ <W_п>) hn (6)

где dV = pR² dz – объем участка сердцевины волокна длиной dz. C помощью (4) учитывая, что сумма населенностей в состояниях 1 и 2 равна плотности концентрации ионов эрбия в волокне (N₁ + N₂ = N) уравнение (6) записывается в виде

dP_c/dz = g P_c (7)

где g = Г_с (N₂s_и – N₁s_п) – показатель усиления, Г_с – коэффициент перекрытия на длине волны излучения. При выводе (7) мы пренебрегли спонтанным излучением, так оно не когерентно с усиливаемым сигналом, а также изменением населенности состояний 1 и 2 в поперечном направлении.

Показатель усиления выражается через относительные населенности n₁ = N₁/N и n₂ = N₂/N (n₂ + n₁ = 1) и результирующее сечение s_у = n₂ (s_и + s_п) - s_п соотношением: g = Г_с N s_у. При n₂ = 1 результирующее сечение равно сечению испускания s_и, а и при n₂ = 0 сечению поглощения s_п. Спектры результирующего сечения (или иначе спектры показателя усиления) при разных значениях средней населенности приведены на рис. 8. Более распространенна форма записи через максимальный показатель усиления (g* = Г_с s_и N) и показатель поглощения (a* = Г_с s_п N): g = n₂(g* + a*) - a*. Ее мы и будем использовать в дальнейшем при расчете коэффициента усиления.

Дата добавления: 2014-01-07