En tecnologies d'avantguarda-com ara les comunicacions òptiques, la detecció de fibra òptica i l'espectroscòpia, un tipus especial de font de llum té un paper crucial com a heroi desconegut. No és conegut per la seva freqüència única i alta coherència com un làser, ni és tan senzill i comú com un LED. És l'ASE
Font de llum de banda ampla (Font de llum de banda ampla d'emissió espontània amplificada), una potent eina que genera llum d'una manera única.
I. Definició i principi bàsic d'una font ASE
El nucli d'una font de llum ASE es troba en "Emissió espontània amplificada". Per entendre-ho, primer hem d'entendre dos conceptes:
1.Emissió espontània: així és com un LED emet llum. Quan els electrons d'un semiconductor passen d'un nivell d'energia més alt a un de més baix, emeten un fotó de manera aleatòria i independent. Aquests fotons tenen diferents fases, direccions i longituds d'ona, donant lloc a una llum no-coherent amb un ampli espectre.
2.Emissió estimulada: així és com un làser emet llum. Un fotó entrant "estimula" un electró a un nivell d'energia més alt, forçant-lo a transició i alliberar un fotó que és idèntic a l'entrant (mateixa fase, direcció i longitud d'ona). Aquest procés amplifica la llum i produeix una llum altament coherent.
El procés de la font d'emissió espontània amplificada se situa intel·ligentment entre aquests dos. Es produeix en un mitjà de guany (normalment, fibra dopada d'erbi-EDFA, fibra dopada d'itterbi-, etc.).
Pas 1:Emissió espontània. Quan el medi de guany és excitat per una font de bomba (generalment un làser de bomba), els electrons dins d'aquest s'eleven a nivells d'energia més alts. Sense cap estímul extern, aquests electrons tornen espontàniament a nivells inferiors, generant fotons de radiació espontània de diverses direccions i longituds d'ona.
Pas 2:Procés d'amplificació. La clau és que aquest mitjà de guany està dissenyat per tenir un guany elevat. Aquests fotons espontanis generats aleatòriament no surten directament com ho farien en un LED comú. En canvi, mentre viatgen pel medi, actuen com a "llavors" per desencadenar l'emissió estimulada d'altres electrons excitats, produint així un gran nombre de fotons idèntics a ells mateixos-la llum s'amplifica.
Resultat final:Com que els propis fotons "llavor" inicials cobreixen una àmplia gamma de longituds d'ona, la llum amplificada també cobreix una banda àmplia. Mentrestant, com que el procés d'amplificació implica una emissió estimulada, la seva potència de sortida és molt superior a l'emissió espontània ordinària (per exemple, d'un LED). Tanmateix, a causa de l'aleatorietat dels fotons inicials, la seva coherència és molt inferior a la d'un làser. La sortida final és un feix de llum de gran-potència, ampli-espectre i baixa-coherència-aquesta és la font de llum de banda ampla d'ASE.
II. Característiques destacades de les fonts ASE
1. Ampli espectre: aquesta és la seva característica més destacada. Una font ASE dopada amb erbi-típica pot tenir una amplada d'espectre de sortida de 30-80 nm (centrada al voltant de 1550 nm), molt superior a l'amplada de línia d'un làser. Això li permet cobrir tota la banda C- o L-, la qual cosa la converteix en una font multicanal ideal.
2.Alta potència de sortida: a causa del procés d'amplificació, la potència de sortida d'una font ASE pot arribar a desenes de mil·liwatts o fins i tot nivells de watts, diversos ordres de magnitud superior a la d'un LED.
3. Baixa coherència: com que la llum és una barreja amplificada de nombroses longituds d'ona diferents, la seva coherència temporal és molt baixa. Aquesta característica és un gran avantatge en moltes aplicacions.
4. Bona independència de la polarització: normalment, la llum de sortida d'una font ASE no està polaritzada o té una polarització molt baixa, la qual cosa simplifica el seu ús en sistemes òptics.
III. Aplicacions bàsiques de les fonts ASE
Les seves propietats úniques els fan indispensables en les àrees següents:
1.Prova del sistema de comunicació de fibra òptica: és l'eina perfecta per provar la resposta espectral dels components òptics (com ara aïlladors, circuladors, multiplexadors de divisió de longitud d'ona WDM, interruptors òptics, etc.). En il·luminar un dispositiu amb una llum d'ampli-espectre i analitzar directament l'espectre de sortida, es pot avaluar de manera ràpida i precisa la pèrdua d'inserció, l'amplada de banda i altres mètriques de rendiment del dispositiu a tota la banda.
2. Sistemes de detecció de fibra òptica: els sistemes de detecció basats en interferometria de baixa-coherència (com ara giroscopis de fibra òptica i tomografia de coherència òptica OCT) es basen en gran mesura en fonts ASE. La seva baixa coherència permet mesurar amb precisió diferències de camins òptics molt curts, que s'utilitzen per detectar pressió, temperatura, deformació, etc., i és crucial en la imatge mèdica i el monitoratge industrial.
3.Com a font auxiliar per a EDFA: en els amplificadors de fibra dopada d'erbi-(EDFA), el soroll ASE és una cosa que cal suprimir. Per contra, però, es pot utilitzar una petita font ASE com a "llavor de llum" per aplanar l'espectre de guany d'un EDFA o suprimir altres sorolls.
4.Espectroscòpia: es pot utilitzar com a font de banda ampla per a instruments com els espectròmetres d'infrarojos de transformació de Fourier (FTIR) per a l'anàlisi de la composició del material.
Conclusió
La font de llum de banda ampla ASE no substitueix els làsers o els LED, sinó una font altament especialitzada. Combina de manera intel·ligent la naturalesa d'ampli-espectre de l'emissió "espontània" amb el poder amplificador de l'emissió "estimulada", trobant un equilibri perfecte entre l'alta potència, l'ampli espectre i la baixa coherència. És precisament aquest equilibri el que el converteix en un dispositiu clau indispensable en els camps moderns de prova, detecció i mesura optoelectrònica, impulsant contínuament el desenvolupament de tecnologies d'avantguarda-.