Differenza tra le lunghezze d'onda della pompa da 980 nm e 1480 nm

980 nm e 1480 nm sono le due lunghezze d'onda di pompa più comunemente utilizzate per le fibre ottiche drogate con erbio (EDF). Le principali differenze tra loro sono il meccanismo di transizione del livello energetico degli ioni erbio (Er³⁺), l'efficienza di conversione energetica e l'adattabilità all'applicazione.

1. Основной механизм: Различаются пути поглощения ионов эрбия и перехода энергетических уровней

Questa è la differenza fondamentale tra loro, che determina direttamente tutte le successive differenze nelle caratteristiche:

> Накачка 980 нм: относится к «прямой резонансной накачке» — энергия фотона 980 нм точно соответствует прямому переходу из основного состояния в метастабильное состояние Er³⁺. Практически вся энергия фотона поглощается без промежуточных потерь энергии на энергетических уровнях. После поглощения Er³⁺ быстро безызлучательно переходит на верхний уровень энергии лазера, в конечном итоге испуская фотоны коммуникационной полосы с длиной волны 1550 нм посредством вынужденного излучения.

Lunghezza d'onda > 1480 nm di pompaggio: si riferisce al "pompaggio indiretto non risonante" - l'energia di un fotone di 1480 nm corrisponde a una transizione diretta dallo stato fondamentale Er³⁺ al livello di energia laser superiore. Tuttavia, la probabilità di una tale transizione è bassa (scarso adattamento del livello di energia) e parte dell'energia dei fotoni viene persa a causa dell '"assorbimento multifotone" o del "rilassamento del livello di energia". La generazione del laser richiede l'accumulo di Er³⁺ al livello di energia ⁴I₁₃/₂.

2. Efficienza di pompaggio: 980 nm è significativamente superiore a 1480 nm.

Разница в эффективности напрямую определяется «сечением поглощения», которое является основой выбора длины волны в инженерных приложениях:

> Сечение поглощения: сечение поглощения на длине волны 980 нм для Er³⁺ составляет приблизительно 2 × 10⁺ см², что в 2,5 раза больше, чем на длине волны 1480 нм (примерно 0,8 × 10⁺ см²). При той же мощности накачки длина волны 980 нм может повысить эффективность преобразования энергии в легированных эрбием волокнах в 2–3 раза.

> Требования к плотности мощности: для длины волны 980 нм требуется лишь меньшая плотность мощности (например, 100 мВт/мм²) для насыщенной накачки, тогда как для длины волны 1480 нм требуется более высокая плотность мощности (например, 250 мВт/мм²), что приводит к большему энергопотреблению и давлению на рассеивание тепла для источника накачки с длиной волны 1480 нм.

3. Ограничения по применению: длина волны 980 нм подвержена «концентрационному тушению», в то время как длина волны 1480 нм подходит для высоколегированных волокон.

Entrambi i tipi sono sensibili alla "concentrazione di drogaggio" delle fibre drogate con erbio, che ne limita le applicazioni:

> Недостаток длины волны 980 нм: из-за высокой эффективности поглощения, если концентрация Er³⁺ в волокне слишком высока (например, > 500 ppm), это приведёт к «концентрационному тушению» — соседние волокна Er³⁺ переносят энергию посредством безызлучательных переходов, что приводит к потерям энергии (проявляющимся в резком падении эффективности накачки и повышенном тепловыделении). Поэтому она подходит только для волокон с низкой и средней концентрацией легирования (100–300 ppm).

> Vantaggio della lunghezza d'onda di 1480 nm: la bassa efficienza di assorbimento significa che anche a concentrazioni elevate di Er³⁺ (ad es. 500–1000 ppm) è meno probabile l'estinzione della concentrazione. Invece, un "drogaggio elevato" può accorciare la lunghezza della fibra (riducendo la perdita di trasmissione), rendendola adatta a sistemi di pompa miniaturizzati e altamente integrati (come i moduli micro-EDFA).

4. Scenari applicativi: ciascuno di essi ha il proprio focus e non ha alcun sostituto assoluto.

Исходя из упомянутых выше различий, сценарии применения обоих вариантов сильно сегментированы и не могут быть полностью заменены: