光吸收和放大

根據(jù)上一小節(jié)討論的數(shù)據(jù)，軟件可以計算給定波長l在某一位置的光學(xué)吸收或增益。以上述討論的鉺鐿系統(tǒng)為例，假設(shè)在橫向方向參雜濃度和模式強度是常數(shù)，在1.5mm區(qū)域局部增益系數(shù)

光纖長度L的全部放大因子

如果考慮橫向維度，不同位置貢獻的增益系數(shù)

其中定義模式的橫向強度分布，歸一化所以的橫向積分為1。在數(shù)值實現(xiàn)中，用不同環(huán)的和代替積分。

如果有幾個能級組合與某一特定的光學(xué)波長相互作用，則所有對增益或損耗的貢獻加起來。

光信道

軟件允許用戶定義數(shù)個光信道，代表光在光纖中傳播。下圖解釋了參鉺光纖放大器中的光信道：一個泵浦信道，兩個信號信道，16個放大自發(fā)輻射信道：

光信道有如下特性：

l它具有某個波長l，并且在ASE信道（用于計算放大自發(fā)輻射）的情況下，它還具有波長帶寬Dl并且用戶指定傳播模式的數(shù)量。對于單模光纖，后者可以是2，當(dāng)考慮到兩個極化方向時。

l它具有傳播方向，前向（z=0?L），后向（z=L?0）。

l這里可以有一些背景損耗，單位dB/m，比如由于雜質(zhì)吸收或者纖芯包層端面散射。

l在光纖兩端任何信道可以有反射。這些反射尤其用來光纖激光器建模。在2.5章節(jié)有解釋。

l在反射鏡的兩端、內(nèi)部或外部可能存在附加的寄生損耗。

l橫向強度分布函數(shù)y(r)或y(r,j)，自動歸一化。對于單模光纖，y(r)通常可以用高斯模式函數(shù)很好的近似：

模式半徑w。對芯徑為a、數(shù)值孔徑為NA的階躍光纖，模式半徑可以用Marcuse公式估計

其中V為

對于雙包層光纖，多模式泵浦波通常近似為一個頂帽函數(shù)，半徑和泵浦包層的半徑相等。

軟件算法是基于每個信道的橫向強度分布的形狀在傳輸過程中保持常數(shù)的假設(shè)。這個假設(shè)通常很好的滿足了單模光纖，或者更一般的是一個信道代表一個模式。對于僅支持少數(shù)引導(dǎo)模式的多模光纖，可以為每個模式定義一個光通道，以便保持假設(shè)有效。但是，不能包括模式耦合。對于大量模式的多模光纖傳播，具有頂帽強度分布的單個信道是一個合理的近似。對于雙包層光纖泵浦波，如果只有弱模式混合，則可能違反此近似：泵浦強度分布可以在纖芯區(qū)域獲得一個“孔”，在那里泵浦光被吸收。這種效應(yīng)通常在某種程度上受到抑制，例如使用偏心光纖纖芯或D形泵浦包層。

l最后，每一個信道可以有一些從光纖外部注入的輸入功率，比如，一個泵浦光束，或輸入光信號光束。如果光纖端部有任何反射，這些輸入當(dāng)然會衰減，并與來自傳播方向相反的信道的功率混合。

對于放大自發(fā)輻射，通常用一些波長信道的陣列，例如，從1500nm到1600nm以5nm為步長。更精細的信道間隔提高結(jié)果的譜分辨率，但也增加計算時間。

注意的是，用戶必須定義所有的光信道。軟件不自動生成任何信道。這意味著，例如一些ASE問題可能會被忽略，如果用戶未能在所有波長上定義具有大量光放大的ASE信道。