Optyczny wzmacniacz światłowodowy EDFA / Optical Fiber Amplifier EDFA

 

Ćwiczenie jest eksperymentem z dziedziny fotoniki i fizyki laserów, i dotyczy działania oraz własności włóknowych (światłowodowych) źródeł światła. Podstawowym elementem układu doświadczalnego jest włókno/światłowód, którego rdzeń jest domieszkowany jonami erbu. Włókna takie, pompowane zewnętrznymi źródłami światła, stanowią ośrodki wzmacniające i są powszechnie wykorzystywane w systemach komunikacji światłowodowej oraz w laserach dużej mocy.

W tym ćwiczeniu zadaniem studenta jest:
1) zbudowanie i charakterystyka spektralna szerokopasmowego źródła światła działającego w oparciu o wzmocnioną emisję spontaniczną (ASE - amplified spontaneous emission) ze światłowodu domieszkowanego jonami erbu (EDF - erbium-doped fiber),
2) zbudowanie układu szerokopasmowego wzmacniacza światłowodowego typu EDFA (erbium-doped fiber amplifier) i charakterystyka jego wzmocnienia w zależności od mocy wiązek pompującej oraz wzmacnianej oraz
3) zbudowanie lasera włóknowego - pierścieniowego lub z siatką Bragga oraz charakterystyka ich parametrów pracy w zależności od mocy wiązki pompującej i poziomu strat w rezonatorze.

W trakcie ćwiczenia studenci zapoznają się z fizycznymi podstawami działania światłowodów oraz takich elementów techniki światłowodowej jak: kable światłowodowe, sprzęgacze, izolatory i cyrkulatory optyczne, multipleksery i demultipleksery. Szczególny nacisk w tym ćwiczeniu położony jest na pogłębienie wiedzy z zakresu wzmacniaczy optycznych i laserów z uwzględnieniem procesów absorpcji, emisji wymuszonej i spontanicznej oraz zjawiska inwersji obsadzeń i jej nasycenia.

Since its invention in the late 1980s, the erbium-doped fiber (EDF) has proved to be a versatile material system with a wide range of applications, including broadband optical sources, wide-band optical amplifiers, and tunable lasers.
The experiment is aimed at investigation of optical features of the EDF which is subject to laser radiation. All measurements are performed using EDF amplifier which makes use of stimulated emission to amplify signal radiation at λ =1550nm. Such amplification is achieved by population inversion within energy levels of Er3+ ions using a diode pump laser at λ = 980nm.
Students get acquainted with optical amplification and study EDF absorption and amplification coefficients depending on pump and signal laser intensities. The experimental results are then compared with calculations employing radiation transport and population rate equations. The latter describe population of energy levels of amplifying medium under simultaneous action of pump and signal lasers.