בטכנולוגיות מתקדמות- כגון תקשורת אופטית, חישת סיבים אופטיים וספקטרוסקופיה, סוג מיוחד של מקור אור ממלא תפקיד מכריע בתור גיבור לא מוכר. הוא אינו ידוע בתדר היחיד ובקוהרנטיות הגבוהה שלו כמו לייזר, והוא גם לא פשוט ונפוץ כמו לד. זה ה-ASE
מקור אור רחב פס (Amplified Spontaneous Emission Broadband Light Source), כלי רב עוצמה המפיק אור בצורה ייחודית.
I. הגדרה ועיקרון הליבה של מקור ASE
הליבה של מקור אור ASE טמונה ב"פליטה ספונטנית מוגברת". כדי להבין זאת, עלינו להבין תחילה שני מושגים:
1. פליטה ספונטנית: כך נורית LED פולטת אור. כאשר אלקטרונים במוליך למחצה עוברים מרמת אנרגיה גבוהה יותר לרמה נמוכה יותר, הם פולטים פוטון באופן אקראי ובלתי תלוי. לפוטונים אלה יש שלבים, כיוונים ואורכי גל שונים, וכתוצאה מכך לאור לא-קוהרנטי עם ספקטרום רחב.
2. פליטה מעוררת: כך פולט לייזר אור. פוטון נכנס "ממריץ" אלקטרון ברמת אנרגיה גבוהה יותר, מאלץ אותו לעבור ולשחרר פוטון זהה לזה הנכנס (אותו שלב, כיוון ואורך גל). תהליך זה מגביר את האור ומייצר אור קוהרנטי ביותר.
תהליך מקור הפליטה הספונטני המוגבר יושב בחוכמה בין שני אלה. הוא מתרחש במדיום עלייה (בדרך כלל Erbium-סיבים מסוממים EDFA, Ytterbium-סיבים מסוממים וכו').
שלב 1:פליטה ספונטנית. כאשר מדיום הרווח מעורר ממקור משאבה (בדרך כלל לייזר משאבה), האלקטרונים בתוכו מועלים לרמות אנרגיה גבוהות יותר. ללא כל גירוי חיצוני, אלקטרונים אלו עוברים באופן ספונטני בחזרה לרמות נמוכות יותר, ומייצרים פוטוני קרינה ספונטניים בכיוונים ואורכי גל שונים.
שלב 2:תהליך הגברה. המפתח הוא שמדיום רווח זה נועד לקבל רווח גבוה. פוטונים ספונטניים אלה שנוצרו באקראי אינם יוצאים ישירות כפי שהיו יוצאים ב-LED משותף. במקום זאת, כשהם נוסעים דרך המדיום, הם פועלים כ"זרעים" להפעלת פליטה מגורה מאלקטרונים נרגשים אחרים, ובכך מייצרים מספר רב של פוטונים זהים לעצמם-האור מוגבר.
תוצאה סופית:מכיוון שפוטוני ה"זרע" הראשוניים מכסים עצמם טווח רחב של אורכי גל, האור המוגבר מכסה גם פס רחב. בינתיים, מכיוון שתהליך ההגברה כולל פליטה מגורה, הספק המוצא שלו גבוה בהרבה מפליטת ספונטנית רגילה (למשל, מנורה LED). עם זאת, בשל האקראיות של הפוטונים הראשוניים, הקוהרנטיות שלו נמוכה בהרבה מזו של לייזר. הפלט הסופי הוא אלומת אור עם-עוצמה גבוהה, ספקטרום- רחב,-קוהרנטיות נמוכה-זהו מקור האור בפס רחב של ASE.
II. תכונות בולטות של מקורות ASE
1. ספקטרום רחב: זוהי התכונה הבולטת ביותר שלו. למקור ASE מסומם-ארביום טיפוסי יכול להיות רוחב ספקטרום פלט של 30-80 ננומטר (במרכזו סביב 1550 ננומטר), החורג בהרבה מרוחב הקו של לייזר. זה מאפשר לו לכסות את כל רצועת ה-C- או ה-L-, מה שהופך אותו למקור רב-ערוצי אידיאלי.
2. הספק פלט גבוה: עקב תהליך ההגברה, הספק המוצא של מקור ASE יכול להגיע לעשרות מיליוואט או אפילו רמות וואט, כמה סדרי גודל גבוהים מזה של LED.
3. קוהרנטיות נמוכה: מאחר והאור הוא תערובת מוגברת של אורכי גל רבים ושונים, הקוהרנטיות הזמנית שלו נמוכה מאוד. מאפיין זה מהווה יתרון עצום ביישומים רבים.
4. עצמאות קיטוב טובה: בדרך כלל, אור הפלט של מקור ASE אינו מקוטב או בעל קיטוב נמוך מאוד, מה שמפשט את השימוש בו במערכות אופטיות.
III. יישומי ליבה של מקורות ASE
המאפיינים הייחודיים שלהם הופכים אותם חיוניים בתחומים הבאים:
1. בדיקת מערכת תקשורת סיבים אופטיים: זהו הכלי המושלם לבדיקת התגובה הספקטרלית של רכיבים אופטיים (כגון מבודדים, סירקולטורים, מרובי חלוקת אורך גל WDM, מתגים אופטיים וכו'). על ידי הארת מכשיר באור ספקטרום רחב-וניתוח ישיר של ספקטרום הפלט, ניתן להעריך במהירות ובדייקנות את אובדן ההחדרה של המכשיר, רוחב הפס ומדדי ביצועים אחרים על פני כל הרצועה.
2. מערכות חישה סיבים אופטיים: מערכות חישה המבוססות על התערבות קוהרנטית נמוכה-(כגון ג'ירוסקופים של סיבים אופטיים וטומוגרפיה אופטית של קוהרנטיות OCT) מסתמכות במידה רבה על מקורות ASE. הקוהרנטיות הנמוכה שלהם מאפשרת מדידה מדויקת של הפרשי נתיב אופטיים קצרים מאוד, המשמשים לזיהוי לחץ, טמפרטורה, דפורמציה וכו', והיא חיונית בהדמיה רפואית ובניטור תעשייתי.
3. כמקור עזר ל-EDFAs: במגברי סיבים מסוממים (EDFA) של Erbium-, רעש ASE הוא משהו שצריך לדכא. לעומת זאת, מקור ASE קטן יכול לשמש כ"אור זרע" כדי לשטח את ספקטרום ההגברה של EDFA או לדכא רעשים אחרים.
4. ספקטרוסקופיה: יכול לשמש כמקור פס רחב עבור מכשירים כמו Fourier Transform Infrared (FTIR) ספקטרומטרים לניתוח הרכב החומר.
מַסְקָנָה
מקור האור בפס רחב ASE אינו תחליף ללייזרים או נוריות LED אלא מקור מיוחד ביותר. הוא משלב בחוכמה את אופי הספקטרום הרחב- של פליטה "ספונטנית" עם כוח ההגברה של פליטה "מעוררת", מציאת איזון מושלם בין הספק גבוה, ספקטרום רחב וקוהרנטיות נמוכה. האיזון הזה הוא שהופך אותו למכשיר מפתח הכרחי בתחומי בדיקה, חישה ומדידה אופטואלקטרוניים מודרניים, המניע ללא הרף את הפיתוח של טכנולוגיות חדשניות-.