Différence entre les longueurs d'onde de pompe de 980 nm et 1 480 nm

980 нм и 1480 нм — две наиболее часто используемые длины волн накачки для легированных эрбием оптических волокон (EDF). Основные различия между ними заключаются в механизме перехода энергетических уровней ионов эрбия (Er³⁺), эффективности преобразования энергии и адаптируемости к применению.

1. Mécanisme de base : Les voies d'absorption des ions erbium et la transition des niveaux d'énergie diffèrent

Il s'agit de la différence la plus fondamentale entre eux, déterminant directement toutes les différences de caractéristiques ultérieures :

> 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.

Накачка с длиной волны > 1480 нм: относится к «нерезонансной непрямой накачке» — энергия фотона с длиной волны 1480 нм соответствует прямому переходу из основного состояния Er³⁺ на верхний уровень энергии лазера. Однако вероятность такого перехода мала (плохое согласование уровней энергии), и часть энергии фотона теряется из-за «многофотонного поглощения» или «релаксации уровней энергии». Для генерации лазера требуется накопление Er³⁺ на уровне энергии ⁴I₁₃/₂.

2. Эффективность накачки: 980 нм значительно выше, чем 1480 нм.

La différence d'efficacité est directement déterminée par la « section efficace d'absorption », qui constitue la base de la sélection de longueur d'onde dans les applications d'ingénierie :

> Section efficace d'absorption : La section efficace d'absorption à 980 nm pour Er³⁺ est d'environ 2 × 10⁺ cm², soit 2,5 fois celle à 1480 nm (environ 0,8 × 10⁺ cm²). Avec la même puissance de pompe, la longueur d’onde de 980 nm peut améliorer de 2 à 3 fois l’efficacité de conversion d’énergie des fibres dopées à l’erbium.

> Exigences de densité de puissance : la longueur d'onde de 980 nm nécessite seulement une densité de puissance plus faible (par exemple 100 mW/mm²) pour le pompage saturé, tandis que la longueur d'onde de 1 480 nm nécessite une densité de puissance plus élevée (par exemple 250 mW/mm²), ce qui entraîne une consommation d'énergie et une pression de dissipation thermique plus élevées pour la source de pompage de 1 480 nm.

3. Limites d'application : La longueur d'onde de 980 nm est soumise à une « trempe par concentration », tandis que la longueur d'onde de 1 480 nm convient aux fibres hautement dopées.

Оба типа чувствительны к «концентрации легирования» волокон, легированных эрбием, что ограничивает области их применения:

> Inconvénient de la longueur d'onde de 980 nm : en raison de l'efficacité d'absorption élevée, si la concentration d'Er³⁺ dans la fibre est trop élevée (par exemple > 500 ppm), cela entraînera une « trempe de concentration » - les fibres Er³⁺ voisines transfèrent de l'énergie par des transitions non radiatives, ce qui entraîne des pertes d'énergie (se manifestant par une forte baisse de l'efficacité de la pompe et une augmentation de la génération de chaleur). Il ne convient donc qu’aux fibres présentant des concentrations de dopage faibles à moyennes (100 à 300 ppm).

> Avantage de la longueur d'onde de 1 480 nm : la faible efficacité d'absorption signifie que même à des concentrations élevées d'Er³⁺ (par exemple 500 à 1 000 ppm), une extinction de concentration est moins probable. Au lieu de cela, un « dopage élevé » peut raccourcir la longueur de la fibre (réduisant la perte de transmission), la rendant adaptée aux systèmes de pompe miniaturisés et hautement intégrés (tels que les modules micro-EDFA).

4. Сценарии применения: Каждый из них имеет свою направленность, не имеет абсолютной замены.

Compte tenu des différences mentionnées ci-dessus, les scénarios d’application des deux options sont très segmentés et ne peuvent pas être complètement remplacés :