光纤放大器的
教程包含以下十个部分：
_>bRv+RVR 1、光纤中的稀土离子
<M[U#Q~?~e 2、增益和泵浦吸收
FquFRx 3、稳态的自洽解
6&2LWaWMo$ 4、放大的自发发射
"PpjoM
~ 5、正向和反向泵浦
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b3$4(F 6、用于大
功率操作的双包层光纤
7y*ZXT]f 7、纳秒脉冲光纤放大器
[~Hg}-c 8、超短脉冲光纤放大器
gp|1?L 54 9、光纤放大器噪声
B94
&elu 10、多级光纤放大器
: h";c" 接下来是Paschotta 博士关于光纤放大器教程的第5部分：
z REJ#r 9EF~l9`'U 第五部分：正向和反向泵浦
F'J [y"~_ 如果我们在光纤放大器中放大一些信号，我们有不同的泵浦选项：
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• 正向泵浦是指泵浦波与信号波的传播方向相同。
:_d3//| • 反向泵浦意味着泵浦波沿相反方向传播。
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(9 • 一个也可以同时双向泵送；这称为双向泵送。
2f:Mm'XdB 图 1 显示了一个双向泵浦光纤放大器。用于前向泵浦的来自左侧
激光二极管的辐射使用二向色光纤耦合器与输入信号相结合。在有源（掺铒）光纤之后，有第二个二向色耦合器，用于将来自第二个泵浦二极管的光反向注入。相同的耦合器还可以防止任何残留的泵浦光到达信号输出。
T% CxvZ 7S2C /f <d$A)S};W 图 1： 简单的掺铒光纤放大器的示意图。两个激光二极管 (LD) 为掺铒光纤提供泵浦功率，使其能够放大波长约为 1550 nm 的光。两个带尾纤的法拉第隔离器大大降低了设备对背反射的敏感性。
P0\eB S 在下文中，我们将研究各种技术细节，这些细节部分地导致了某些泵送方向的优势。
DacJ,in_I{ 电源转换效率
xNdID j@ 在简单情况下，有源光纤的寄生损耗可忽略不计，ASE 可忽略不计（参见第 4 部分），放大器的功率转换效率不取决于泵浦方向：
xDr V5bg • 总增益仅取决于沿光纤的平均激发密度。
u39FN?<^ • 总泵吸收效率也仅取决于该平均值。
6GOcI#C9C • 这同样适用于通过荧光（自发发射）损失的功率量。
Z^tGu7x dhR( _ 所有这些也适用于准三能级激光跃迁，当然也适用于双向泵浦。
f?0s & Xo 如果光纤具有大量寄生损耗，则反向泵浦更为有效。这是因为泵浦输入端附近的信号很强，抑制了该区域的激发密度，因此泵浦光在寄生损耗得到它之前就被离子有效吸收。在某些情况下，双向泵送可能更有效。然而，大多数放大器只有几米长，在这个长度内的寄生损耗并不是很重要。功率转换效率的一个更重要的差异可能来自 ASE，接下来将讨论：
O<,r>b, 放大的自发发射
,# "(Z 我们已经在第 4 部分中看到，如果没有信号输入，ASE 在反向方向上会更强。毫不奇怪，如果我们也有信号输入，这种不对称性并不会消失，而 ASE 的数量（构成功率损耗）在很大程度上取决于信号和泵浦光的相对方向。
-2NwF4VL 例如，让我们考虑与第 3 部分和第 4部分相同的掺镱光纤放大器。我们已经在左侧看到了 940 nm 的正向泵浦功率和 1030 nm 的 1 mW 信号输入功率如何演变：
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EZ% .M*? 图 2： 沿带正向泵浦的掺镱光纤放大器长度方向的光功率。
Q(\ wx 现在我们改为反向泵送：
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<pbO#e lpEDPvD_Vm 图 3： 沿掺镱光纤放大器长度的光功率，现在具有反向泵浦。
dm ^H5D/A 我们看到 ASE 现在微弱到可以忽略不计，我们获得了 346 mW 的信号输出功率，而不是只有 290 mW。ASE
光谱（此处未显示）仅在 1030 nm 附近显示一些弱 ASE，而在 975 nm 附近则更少。975 nm 处的正净增益仅出现在距离左侧约 2 m 的光纤短区域中。
y U`: IMz 这些发现非常典型。一般来说，准三电平光纤放大器在反向泵浦时具有较低的 ASE 损耗，因此如果 ASE 损耗会很大，那么该配置中的功率转换效率会更高。对于更高的输入信号功率，造成更强的增益饱和，两个方向的差异更小。
WV _`1hZX 6/y* 2z; 信号的噪声污染
?6:cNdN 另一方面是与信号一起传播的ASE构成该信号的宽带噪声。对于反向泵浦，与信号同向传播的 ASE 对于准三能级
系统通常更强——即使 ASE 的总功率损耗更低！因此，对于低噪音运行，前向泵送效果更好，尽管效率可能较低。
+Hyk'=.W 非线性效应
FP;": i RL 如果我们放大短脉冲，非线性效应通常是有害的。这将在第 7 部分中讨论，但在这里应该已经提到，反向泵送通常要好得多。原因是对于反向泵浦，脉冲能量和峰值功率最初上升得更慢，因此对于给定的输出峰值功率，空间积分峰值功率变得更低。
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