Unterschied zwischen den Pumpwellenlängen 980 nm und 1480 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. Grundmechanismus: Die Wege der Absorption von Erbiumionen und der Übergang der Energieniveaus sind unterschiedlich

Это наиболее фундаментальное различие между ними, непосредственно определяющее все последующие различия в характеристиках:

> 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.

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

> Absorptionsquerschnitt: Der Absorptionsquerschnitt bei 980 nm für Er³⁺ beträgt etwa 2 × 10⁺ cm², also das 2,5-fache des Absorptionsquerschnitts bei 1480 nm (ungefähr 0,8 × 10⁺ cm²). Bei gleicher Pumpleistung kann die Wellenlänge von 980 nm die Energieumwandlungseffizienz von Erbium-dotierten Fasern um das Zwei- bis Dreifache verbessern.

> Anforderungen an die Leistungsdichte: Die 980-nm-Wellenlänge erfordert nur eine geringere Leistungsdichte (z. B. 100 mW/mm²) für gesättigtes Pumpen, während die 1480-nm-Wellenlänge eine höhere Leistungsdichte (z. B. 250 mW/mm²) erfordert, was zu einem höheren Stromverbrauch und Wärmeableitungsdruck für die 1480-nm-Pumpquelle führt.

3. Anwendungsbeschränkungen: Die Wellenlänge von 980 nm unterliegt einer „Konzentrationslöschung“, während die Wellenlänge von 1480 nm für hochdotierte Fasern geeignet ist.

Beide Typen reagieren empfindlich auf die „Dotierungskonzentration“ der mit Erbium dotierten Fasern, was ihre Anwendungen einschränkt:

> Nachteil der 980-nm-Wellenlänge: Aufgrund der hohen Absorptionseffizienz führt eine zu hohe Konzentration von Er³⁺ in der Faser (z. B. > 500 ppm) zu einem „Konzentrationslöschen“ – benachbarte Er³⁺-Fasern übertragen Energie durch strahlungslose Übergänge, was zu Energieverlusten führt (äußert sich in einem starken Abfall der Pumpeneffizienz und einer erhöhten Wärmeerzeugung). Daher ist es nur für Fasern mit niedrigen bis mittleren Dotierungskonzentrationen (100–300 ppm) geeignet.

> Преимущество длины волны 1480 нм: низкая эффективность поглощения означает, что даже при высокой концентрации Er³⁺ (например, 500–1000 ppm) концентрационное тушение менее вероятно. Вместо этого «высокое легирование» может укоротить длину волокна (уменьшая потери при передаче), что делает его пригодным для миниатюрных, высокоинтегрированных систем накачки (таких как микро-EDFA-модули).

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

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