光纤放大器
FpM0 % 本
教程既可以作为光纤放大器的介绍,也可以用于了解有关它们的更多详细信息。我们相信,即使是已经对光纤放大器有丰富经验的人,也会发现它有助于加深理解。重点是基础物理和由此产生的技术后果;我们不会简单地将光纤放大器视为“黑匣子”,而是深入了解内部。
z<9wh2*M &!5S'J% pw5uH 图:简单的掺铒光纤放大器的示意图。
ijR,% qg 我们不会深入到数学细节,而是尝试创建对操作原理的直观理解——通常通过用数值
模拟的示例案例展示某些效果。RP Photonics的
仿真和设计软件RP Fiber Power是用于此类目的的出色工具,并已广泛用于本教程。
"nEfk{ g 在这里,我们专注于包含一些
激光活性掺杂剂的活性光纤。有关光纤的基础知识,我们将在后续的教程中讲解。
m3i+b 光纤放大器最重要的应用可能是光纤通信,即通过光纤传输数据。在长距离传输
系统中,需要周期性地恢复信号的光功率,例如每 50 公里的光纤。此外,还有一些放大器用于提高产生信号的低功率激光二极管的输出,尤其是在将信号分成许多光纤之前(例如,在有线电视 = CATV 中)。有时,在接收器之前使用放大器以获得更好的光电检测信噪比。完全不同的应用是在高功率激光系统中,其中光纤放大器将激光辐射提升到巨大的功率水平——通常用于连续波源,但也用于短波和超短脉冲源。本教程涵盖了所有此类应用程序的基础。
:N
~A7@ #?EmC]N7 01.第一部分:纤维中的稀土离子
%^CoWbU 光纤中的铒或镱离子如何放大光?我们如何描述具有复杂 Stark 能级流形和有效跃迁截面的此类离子的行为?为什么有效过渡截面与温度有关?带内抽水如何工作?为什么纤维中的饱和效应通常非常强?
XIJW$CY 9(
"<NB0y RO+N>Wkt 02.第二部分:如何描述光
%RS8zN 如何从激发密度计算增益和泵吸收?为什么增益或损耗
光谱的形状通常取决于激发程度,例如在掺铒和掺镱光纤放大器中?
a08`h.dyN qmx4hs8sh gkw/Rd1oG 03.第三部分:稳定状态的自洽解决方案
.>Fy ]Cqoh 如何计算沿光纤的光功率和激发密度的自洽稳态解?什么情况下这么难?拍摄方法和放松方法有什么限制?
S)$iHBx{ yTb#V"eR 04.第四部分:放大的自发辐射
6_wj,7 什么是放大自发发射 (ASE)?哪些因素会影响其强度?为什么 ASE 的功率和光谱形状强烈依赖于传播方向?为什么 ASE 经常限制可实现的放大器增益?
-\V!f6Q 84}Pu% L&L