1.3.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động.
Các nghiên cứu về khuếch đại và laser sợi thủy tinh HMF đã được đề cập trong các phần trước sử dụng các ion đất hiếm như Er3+, Tm 3+. Gần đây dao động laser đã được chứng minh ở trong sơi thủy tinh HMF pha tạp Praseodymium. Cơ chế hấp thụ và các bức xạ năng lượng được minh họa trong hình 1.39. Mặc dù Pr3+ có nhiều đường dịch chuyển nhưng chỉ có 2 sự dịch chuyển tại 885nm và 910nm thể hiện dao động laser trong vùng hồng ngoại . Mỗi dịch chuyển này có một mức ngưỡng và dải điều chỉnh riêng.Đường kính lõi sợi Flurua, chiều dài sợi và chỉ số khúc xạ có giá trị là 12µm, 60cm và 0,013. Sợi được pha tạp 1200 ppm và bơm ở 476,5 nm sử dụng một laser argon-ion.
Hình 1.39. Giản đồ năng lượng của Pr3+
Sự hấp thụ của các photon 476,5 nm là nguyên nhân kích thích ở mức 3P0 như trong hình 1.39. Năng lượng giữa mức 3
P0 và mức 3P1 khác nhau và số lượng tương ứng của hai mức này theo định luật Maxwell- Boltzman là xấp xỉ 95% và 5%. Sự phân bố này dẫn tới phổ Florua quan sát được trong đó mỗi đường bức xạ từ mức 3P0 được phụ thêm bởi một đường yếu hơn ( đường dịch chuyển xanh từ mức 3
P1). Thời gian tồn tại của cả hai mức là 15 µm. Bức xạ ở 885 và 910 nm xuất hiện từ mức 3P0 và mức 3P1. Hơn nữa, đường tại 885 nm duy nhất có 2 bước sóng ra là 880 và 886nm, do đó tất cả các bức xạ khác chỉ tìm ra cấu trúc. Giản đồ phản chiếu của các gương đầu ra dẫn tới làm tăng công suất ra không có lợi cho mức ngưỡng công suất cao hơn, mặc dù tình huống này có thể được cải thiện bằng cách sử dụng sợi đơn mode với một suy hao thấp hơn.
động ở cửa sổ viễn thông thứ 2 tại 1,31 µm tại nơi mà tán sắc của silica là nhỏ nhất. Hầu hết các hệ thống thông tin sợi quang hoạt động trong cửa sổ này và có sự cần thiết lớn đối với một bộ khuếch đại quang hiệu suất cao trong vùng này. PDFA hoạt động trên sự dịch chuyển 1G4 về mức 3H5 của Pr3+. Trong một trung tâm silica chuẩn thì sự dịch chuyển này bị chấm dứt không bức xạ, do đó sự khuếch đại là không có giá trị. Do năng lượng photon thấp hơn của thủy tinh HMF nên các dịch chuyển hoạt động và Florua hóa từ dịch chuyển này. Hiệu suất lượng tử đo được xấp xỉ khoảng 3 % đối với Pr trong thủy tinh ZBLAN.Ohishi là người đầu tiên chứng minh có một bộ khuếch đại PDFA có một độ tăng ích và độ bão hòa đầu ra cao. Với một độ khuếch đại là 30,1 dB tại 1,039 µm, hệ số tăng ích là 0,04 dB/Mw và độ bão hòa công suất đầu ra là 13 dBm trong sợi ZBLAN được pha tạp với 500 ppm Pr. Sợi pha tạp dài 23m có đường kính lõi là 3,3 µm; bước sóng cắt là 0,65 µm và n là 0,6%. Sau đó độ khuếch đại đã được tăng lên 38,2 dB tại 1,31 µm do Miyajima trong một sợi ZBLAN pha tạp 2000 ppm Pr và được bơm với công suất 300 m W tại 1,017 µm. Sợi có đường kính lõi là 2,3 µm, đường kính lớp vỏ là 125 µm, bước sóng cắt là 1,26 µm và Δn là 3,8 %; chiều dài sợi xấp xỉ 8m, hệ số khuếch đại là 0,21 dB / mW tại công suất bơm 100m W.
Kể từ đó các thiện đáng kể được tạo ra dựa trên chất lượng sợi, khẩu độ số NA và sự cô đặc Pr tới mức cao nhất. Các nghiên cứu tiếp tục thực hiện trên đặc tính chất liệu và trên sự cải thiện hiệu suất của PDFA. Nishida đã nghiên cứu thay đổi thành phần cấu tạo HMF là sự phát triển đáng kể nhất. Nghiên cứu cho ra độ khuếch đại với một hệ số khuếch đại đơn là 0,36 dB / mW trong một sợi Florua PbF2/ InF3, khẩu độ số NA cao pha tạp Pr.Hiệu suất phổ trong sợi này gấp 2 lần sợi ZBLAN ( 6,1 % so với 3,4 % ở sợi thủy tinh cơ bản ZnF4).