宽带光纤源的类型和基本原理

研究了四种一般类型的宽带光纤光源:即谐振光纤激光器、超荧光光纤光源、波长扫描光纤激光器以及涉及SLD和掺铒光纤放大器(EDFA)的光源。本文简要回顾了它们的原理。(有关产品FiberstoreDWDM EDFA

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宽带光纤激光器

虽然大多数连续波(CW)光纤激光器产生的辐射很窄,但在适当的条件下,它们可以作为宽带光源使用。均相和非均相过程均使三电离稀土的激光跃迁变宽。光纤激光器的光谱特性受到这两个过程中哪一个占主导地位的强烈影响。均相机制以同样的方式扩大了所有离子在斯塔克能级之间的跃迁线宽。另一方面,非均匀展宽导致斯塔克能级分布的变化,这取决于离子在宿主中的物理位置。当一个掺杂剂被泵浦到它的一个吸收带的中心附近时,泵浦光子有很大的概率被材料中每个离子的几个斯塔克跃迁中的一个所吸收。所有离子的吸收概率大致相等(即介质表现为准均匀)。然而,如果掺杂剂泵浦在带的尾部,吸收的可能性更大的离子组表现出一个更强的转变在该波长。吸收是部位特异性的。介质的行为就好像它被强烈地非均匀地拓宽了。 This principle was studied in detail in Nd-doped fibers.

基于这一效应,可以使光纤激光器产生宽带发射,只要光纤掺杂剂至少部分不均匀地加宽并泵浦在吸收带的边缘。这一原理是用掺钕光纤激光器证明的。

纤维来源

超荧光纤维来源

采用端泵浦掺稀土光纤制成了一种SFS。反向离子产生自发辐射,其中一些在正向(与泵共走时)和反向(反泵方向)被光纤芯捕获。向前和向后自发光子在沿光纤行进时被放大,并分别在向前和向后输出端口产生放大自发发射(ASE)或超荧光。

可能有几种SFS配置,每种配置都有自己的特点、优点和缺点。第一个是正向SFS(图1a)。该装置产生正向输出和反向输出,但只使用前者;即泵的输出端与输入端相对。这是一个单通道设备:ASE只通过光纤传输一次。一般来说,为了使输出功率相当大,必须对光纤进行硬泵浦以获得高增益。因此,如果允许从光纤两端发生反射,特别是光纤两端的菲涅耳反射,该设备将成为激光,并发出不希望的窄光谱。为了避免这种影响,纤维末端通常以一个角度(通常是7度或更大)抛光。如果需要,还可以通过在泵输入臂上放置光学隔离器来减少泵光学的反射。

另一种单通道配置是反向SFS(见图1b)。现在使用的信号是反向ASE,它来自泵输入端。泵浦由WDM光纤耦合器从输出中过滤出来,该耦合器在泵浦波长处最小耦合(理想为0%),但在ASE带宽上强烈耦合(理想为100%)(反之亦然)。后向SFS的一个优点是它对反馈的灵敏度比前向SFS低(特别是当光纤非常长时,这是高效率的要求)。然而,它经常与一个隔离器放置在输出,以降低其平均波长的灵敏度反馈水平的变化。

第三种配置是双通道SFS(见图1c)。在ASE波长处增加一个高反射器(例如,在泵浦输入端口),使向后的ASE通过光纤进行第二次传播。此配置只产生正向输出。或者,反射器可以放置在掺铒光纤的另一端,只产生向后输出。双通配置的主要优点是信号光子通过光纤两次,并且体验到比单通SFS更高的增益(多达2倍)。因此,双通SFS的阈值同时较低,其泵浦功率要求也降低了。此外,使其效率最大化的光纤长度比前向SFS短。双通道SFS的主要缺点是高反射器加剧了光谱对耦合光的系统外部反馈的敏感性,这意味着需要更高消光隔离器。在双通道后向SFS中,通常还需要通过在泵源和WDM耦合器之间放置隔离器来减少泵光学的反射。(有关产品FiberstoreDWDM过滤器

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第四个也是最后一个SFS配置是光纤放大器源(FAS;如图1d)。它最初是为FOG设计的。它是一个没有隔离器的后向SFS,因此从光纤陀螺返回的信号可以穿过掺杂光纤并在到达探测器之前被放大。FAS既是信号源又是放大器。从而提高了检测信号功率,降低了检测中的电子噪声,简化了电子处理。这种配置为FOG以外的应用程序提供了同样的潜在好处。

其他类型的宽带光纤源

另外两种类型的宽带光纤源受到的关注要少得多。第一种是SLD - EDFA串联源,其中SLD的宽带输出由EDFA放大。它的主要好处是,由于EDFA是由外部信号播种的,它比单次通过的SFS具有更低的阈值,后者是由自发光子播种的。采用60 mW泵浦功率,实现了输出信号为20 mW、带宽为21 nm的SLD-EDFA串联电源。有必要对这种有趣的来源进行进一步的研究,特别是对其热稳定性的研究(因为种子源对温度非常敏感)。(有关产品Fiberstore有线电视EDFA

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最后一种宽带光纤源是波长扫描光纤激光器(WSFL)。它是一种光纤激光器与声光(AO)调制器合并在腔内。对于给定的声波频率和两个腔反射器的给定对准,布拉格条件只在特定波长满足,激光在这个低损耗波长振荡。声波频率改变,激光波长也随之改变。如果声波频率被扫描得足够慢,在移动到下一个声波频率之前,允许共振器中的激光场在每个声波频率中积聚,波长就会连续地扫过增益曲线。与扫掠速率的倒数相比,这在长时间尺度上产生了广泛的排放。WSFL同样可以很好地处理均匀和非均匀扩展的转换。此外,由于光子是再循环的,它的阈值可以低于SFS。由于激光频率在通过谐振器的每次往返中都是连续移动的,因此该光源对反馈的敏感性可能也低于其他光源。该原理通过掺铒光纤和体AO调制器进行了验证。 An all-fiber version could be constructed using existing all-fiber components.

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