Разница между длинами волн накачки 980 нм и 1480 нм

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. Mecanismo básico: las vías de absorción de iones de erbio y la transición de niveles de energía difieren

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

> Bombeo de 980 nm: Se refiere al “bombeo resonante directo”: la energía del fotón de 980 nm corresponde exactamente a la transición directa del estado fundamental al estado metaestable Er³⁺. Casi toda la energía del fotón se absorbe sin pérdidas de energía intermedias en los niveles de energía. Una vez absorbido, Er³⁺ pasa rápidamente de forma no radiativa al nivel superior de energía láser y finalmente emite fotones de banda de comunicación a 1550 nm mediante emisión estimulada.

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:

> Sección transversal de absorción: La sección transversal de absorción a 980 nm para Er³⁺ es de aproximadamente 2 × 10⁺ cm², que es 2,5 veces la de 1480 nm (aproximadamente 0,8 × 10⁺ cm²). Con la misma potencia de bombeo, la longitud de onda de 980 nm puede mejorar entre 2 y 3 veces la eficiencia de conversión de energía de las fibras dopadas con erbio.

> Requisitos de densidad de potencia: la longitud de onda de 980 nm requiere solo una densidad de potencia más baja (por ejemplo, 100 mW/mm²) para el bombeo saturado, mientras que la longitud de onda de 1480 nm requiere una densidad de potencia más alta (por ejemplo, 250 mW/mm²), lo que resulta en un mayor consumo de energía y presión de disipación de calor para la fuente de bomba de 1480 nm.

3. Limitaciones de la aplicación: la longitud de onda de 980 nm está sujeta a "atenuación por concentración", mientras que la longitud de onda de 1480 nm es adecuada para fibras altamente dopadas.

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

> 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).

> 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. Escenarios de aplicación: Cada uno de ellos tiene su propio enfoque y no tiene un reemplazo absoluto.

En base a las diferencias mencionadas anteriormente, los escenarios de aplicación de ambas opciones están muy segmentados y no pueden ser reemplazados por completo: