Erbium-dotierter Faserverstärker
Die kann in ein Messsystem eingesetzte Lichtquelle ist eine EDFA-Lichtquelle. Sie besteht aus einer 10m langen in einer Spule aufgerollten Erbium-dotierten Faser (Er-Faser), einem Pumplaser, einem WDM (Wavelength Division Multiplexing)-Koppler und einem Isolator, wie in Abbildung derunter gezeigt.
Aufbau einer EDFA-Lichtquelle
Durch das Licht von Pumplaser, das über einen WDM-Koppler zur Er-Faser geleitet wird, wird die Er-Faser angeregt und emittiert daraufhin breitbandiges inkohärentes unpolarisiertes Licht, das durch den WDM-Koppler und einen optischen Isolator hinausgeführt wird.
Die Emission des Lichts beruht auf dem 3-Niveau-Prinzip. Durch das vom Pumplaser abgegebene Licht mit einer Wellenlänge von 980 nm werden die Erbium-Atome in der Er-Faser durch Absorption von Photonen auf ein höheres Energieniveau (E3) angehoben. Dieses Niveau ist jedoch niemals merklich besetzt, da ein nahezu augenblicklicher Übergang von diesem auf das Energieniveau E2 erfolgt. Auf diesem Niveau haben die Atome eine relativ lange Überlebensdauer (> 1 ms).
Beim statistischen Rekombinieren der Atome in ihr ursprüngliches Energieniveau E1 geben sie ein Photon ab. Dieser Vorgang ist die spontane Emission.
Wenn durch die Pumpleistung die Erbium-Atome schneller in das Niveau E2 gepumpt werden als sie von diesem durch spontane Emission in das Niveau E1 übergehen, kann die erforderliche Besetzungsinversion erreicht werden. Das heißt, es ist wahrscheinlicher, dass ein Photon, dass durch spontane Emission freigesetzt wurde ein Atom im angeregten Zustand trifft als ein ungeladenes Atom zu treffen, wodurch es absorbiert werden würde.
Wenn das Photon auf ein angeregtes Atom trifft, setzt es ein weiteres Photon frei. Diese Kettenreaktion wird als Superlumineszenz oder Amplified Spontaneous Emission – ASE bezeichnet.
Dieser Vorgang wird in der Abbildung 2.9 verdeutlicht.
Energieschema zur Photonengeneration in einem EDEFA
Die Polarisation der abgegabene Photonen ist zufällig, wodurch das emittierte Licht insgesamt unpolarisiert ist.
Die Strahlung ist breitbandig, da die Wellenlänge des Photons von seinem Energiegehalt abhängt und die Energieniveaus sich leicht ändern.
Die Änderungen kommen durch elektro-magnetische Wechselwirkung in der Faser. Die Heisenberg´sche Unschärferelation führt zu einer weiteren Verbreitung des Spektrums.
Alexander Tindl
