RP系列 激光分析設計軟件 | 光纖放大器設計教程
本教程既可以作為光纖放大器的介紹，也可以用于了解有關它們的更多詳細信息。我們相信，即使是已經對光纖放大器有豐富經驗的人，也會發現它有助于加深理解。重點是基礎物理和由此產生的技術后果；我們不會簡單地將光纖放大器視為“黑匣子”，而是深入了解內部。
我們不會深入到數學細節，而是嘗試創建對操作原理的直觀理解——通常通過用數值模擬的示例案例展示某些效果。RP Photonics的仿真和設計軟件RP Fiber Power是用于此類目的的出色工具，并已廣泛用于本教程。
在這里，我們專注于包含一些激光活性摻雜劑的活性光纖。有關光纖的基礎知識，我們將在后續的教程中講解。
光纖放大器最重要的應用可能是光纖通信，即通過光纖傳輸數據。在長距離傳輸系統中，需要周期性地恢復信號的光功率，例如每 50 公里的光纖。此外，還有一些放大器用于提高產生信號的低功率激光二極管的輸出，尤其是在將信號分成許多光纖之前（例如，在有線電視 = CATV 中）。有時，在接收器之前使用放大器以獲得更好的光電檢測信噪比。完全不同的應用是在高功率激光系統中，其中光纖放大器將激光輻射提升到巨大的功率水平——通常用于連續波源，但也用于短波和超短脈沖源。本教程涵蓋了所有此類應用程序的基礎。
01
第一部分：纖維中的稀土離子
光纖中的鉺或鐿離子如何放大光？我們如何描述具有復雜 Stark 能級流形和有效躍遷截面的此類離子的行為？為什么有效過渡截面與溫度有關？帶內抽水如何工作？為什么纖維中的飽和效應通常非常強？
02
第二部分：如何描述光
如何從激發密度計算增益和泵吸收？為什么增益或損耗光譜的形狀通常取決于激發程度，例如在摻鉺和摻鐿光纖放大器中？
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第三部分：穩定狀態的自洽解決方案
如何計算沿光纖的光功率和激發密度的自洽穩態解？什么情況下這么難？拍攝方法和放松方法有什么限制？
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第四部分：放大的自發輻射
什么是放大自發發射 (ASE)？哪些因素會影響其強度？為什么 ASE 的功率和光譜形狀強烈依賴于傳播方向？為什么 ASE 經常限制可實現的放大器增益？
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第五部分：向前和向后泵送
正向和反向抽吸的優點和問題是什么？在哪些情況下會影響功率轉換效率或放大器噪聲水平？
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第六部分：用于大功率運行的雙包層光纖
包層泵送是如何工作的？為什么它會導致泵吸收不完全的問題，以及如何緩解這些問題？為什么雙包層光纖很難進行短波長操作？
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第七部分：納秒脈沖光纖放大器
光纖放大器系統作為強光脈沖源的優點和局限性是什么？它們與 Q 開關體激光器相比如何？哪些非線性會對短脈沖的放大造成麻煩？增益飽和何時會導致脈沖失真？
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第八部分：用于超短脈沖的光纖放大器
超短（皮秒或飛秒）脈沖的放大會出現哪些額外問題？非線性和色散效應如何一起發揮作用？拋物線脈沖放大或啁啾脈沖放大 (CPA) 能在多大程度上緩解這些問題？
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第九部分：光纖放大器的噪聲
光纖放大器噪聲的來源是什么？噪聲系數是如何定義的？為什么準三電平放大器的噪聲系數更高？在這方面，光纖放大器的前向泵浦如何更好？泵噪音的影響是否嚴重？
10
第十部分：多級光纖放大器
出于什么原因，使用多個放大器級是有利的？有哪些方法可用于 ASE 抑制？如何最小化放大器噪聲？
接下來我們將會對以上的十個部分進行詳細介紹
請持續關注
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