Ch− ơng 1 : Tính chất quang của thuỷ tinh pha tạp đất hiếm
2.1. Cơ sở khuếch đại quang sợi pha tạp Er
2.1.2. Sự khuếch đại bức xạ tự phát
Sự khuếch đại bức xạ tự phát trong khuếch đại quang xuất hiện do bức xạ tự phát. Tất cả các ion ở trạng thái kích thích đều có thể tự giải phóng từ mức năng l−ợng trên xuống mức năng l−ợng cơ bản và phát ra một photon không nhất thiết phải giống với photon tín hiệụ Các photon từ bức xạ tự phát này đ−ợc khuếch đại bằng cách truyền trong sợi và kích thích thêm nhiều photon mới từ các ion ở trạng thái kích thích. Các photon mới sẽ có cùng một mode giống hệt nh− photon tự phát ban đầụ Quá trình kiểu nh− vậy có thể xuất hiện tại bất cứ tần số nào trong phổ huỳnh quang của chuyển dời khuếch đại và rõ ràng chúng làm giảm quá trình khuếch đạị Nó lấy đi các photon mà đáng ra chúng phải tham gia vào bức xạ kích thích cùng với photon tín hiệụ Nh− vậy ASE làm giảm khả năng khuếch đại và đ−ợc coi là nhiễụ
Để tính công suất ASE tại đầu ra của sợi quang, đầu tiên ta cần tính đ−ợc công suất bức xạ tự phát tại một điểm cho tr−ớc trong sợi quang.
Với sợi đơn mode có hai sự phân cực độc lập tại tần số ν, công suất bức xạ tự phát trong dải hẹp ∆ν là:
ν
hν
PASE0 =2 Δ
Công suất ASE tổng cộng tại một điểm z sẽ bằng tổng công suất ASE từ các phần tr−ớc và công suất nhiễu riêng P0ASE. Công suất nhiễu riêng này sẽ kích thích bức xạ của các ion Er từ trạng thái kích thích và tỷ lệ với tích σ(e)
(ν)N2 (trong đó
σ(e)(ν) là tiết diện bức xạ hiệu dụng tại tần sốν). Ph−ơng trình truyền công suất ASE thu đ−ợc là:
) ) ) )) ) ) 2 0 1 2σ (ν N σ (ν P (ν P (ν N σ (ν (N dz (ν dP (e) ASE ASE (a) (e) ASE = − + (2.10)
trong đó σ(a)(ν) là tiết diện hấp thụ hiệu dụng tại tần số ν.
0 2 4 6 8 10 12 14 0.0 0.5 1.0 1.5 ASE đồng h−ớng ASE ng−ợc h−ớng
Vị trí theo chiều dài sợi (m)
Công suất ASE (mW)
Hình 2.2: Đồ thị sự phụ thuộc của công suất ASE (đồng h−ớng và ng−ợc h−ớng) theo vị trí trên sợị Sợi quang pha tạp dài 14m đ−ợc
bơm với b−ớc sóng 980nm công suất 20mW
Dạng phổ ASE và công suất ASE tổng cộng trong một dải b−ớc sóng bất kỳ nào đó đ−ợc xác định bằng cách chia thành các phần có độ rộng ∆ν rất nhỏ t−ơng ứng. Độ rộng ∆νnày đ−ợc chia sao cho các tiết diện hiệu dụng trong mỗi dải đó coi là hằng số. Khi chia nh− vậy công suất ASE trong mỗi một băng tần đ−ợc truyền nh− một tín hiệu độc lập và ta hoàn toàn có thể xác định đ−ợc dạng phổ ASE rạ
Trên thực tế ASE có thể truyền theo cả 2 h−ớng dọc theo sợi, cùng h−ớng hoặc ng−ợc h−ớng với ánh sáng bơm. Hình 2.2 cho thấy công suất ASE tổng cộng đồng h−ớng và ng−ợc h−ớng theo độ dài sợi quang pha tạp Er là khác nhaụ Công suất ASE ra đồng h−ớng tại z=L nhỏ hơn công suất ASE ra ng−ợc h−ớng tại z=0 vì tại đầu sợi độ tích luỹ cao hơn tại cuối sợi do công suất bơm tại đầu sợi mạnh hơn.