光纖放大器的教程包含以下十個部分：

1、光纖中的稀土離子

2、增益和泵浦吸收

3、穩態的自洽解

4、放大的自發發射

5、正向和反向泵浦

6、用于大功率操作的雙包層光纖

7、納秒脈沖光纖放大器

8、超短脈沖光纖放大器

9、光纖放大器噪聲

10、多級光纖放大器

接下來是Paschotta 博士關于光纖放大器教程的第2部分：

局部增益的總增益

一旦我們知道沿光纖的局部增益系數，光纖放大器的無量綱總增益可以通過對整個光纖長度的積分來計算：

您可以將其乘以 4.343 以獲得以分貝為單位的值，或取其指數以獲得功率放大系數。

自洽穩態解決方案

一個巨大的挑戰擺在面前：如何計算穩態下的整體增益？上面的等式似乎很容易，但是如何知道光纖中所有位置所需的增益系數呢？畢竟，這些取決于當地的泵和信號功率，而我們還不知道這些！它們又取決于未知的激發密度。顯然，我們需要為光纖中所有位置的光功率和激發密度找到一個自洽的解決方案。

在某些情況下，這相對容易獲得。例如，如果您只有一個共同傳播的泵浦和信號，您可以計算輸入端的激發密度，從中獲得局部泵浦吸收和信號增益，并用它來將功率小步傳播到光纖中。在那里，再次計算激發密度、增益和吸收等；只需重復此過程，直到到達光纖末端。

具有反向傳播信號和泵浦的情況并不一定很困難，除非有多個波。

對于反向傳播的信號和泵，有點困難，但可以使用拍攝算法。從信號輸入的一端開始，并對剩余的泵浦功率進行粗略估計。（這取決于光纖的激發，目前尚不清楚。）然后將泵浦功率與信號一起傳播到另一端。（泵浦功率會朝那個方向增長；你向后傳播！）在信號輸出端，您通常會發現泵浦功率與實際注入的泵浦功率不匹配。但是，您可以改進您的猜測并重復該過程，直到您獲得自洽的解決方案。

當你有多個反向傳播波時，真正的麻煩就來了。例如，即使您只注入一個泵浦波并且沒有信號，您也可能通過放大的自發發射（參見第 4 部分）獲得強光，并在兩個方向上傳播。原則上，可以推廣上述射擊算法，但這涉及多維尋根。所涉及的指數依賴性并沒有讓這變得更容易......

松弛方法的挑戰是獲得快速可靠的收斂。

還有其他算法，例如松弛方法，其中一種使用激勵密度的估計分布傳播功率，然后更改這些以減少誤差。挑戰在于如何使這些程序很好地收斂，即既快速又可靠。在這里，可靠性相當難以獲得，因為此類算法的行為可能會受到放大器的各種參數的強烈影響。

由于這部分真的很難，您可能會非常喜歡擁有一個為您完成這項工作的軟件。例如，我們的RP Fiber Power軟件使用了一種非常精細的算法，可以快速可靠地完成工作。作為用戶，您只需提供所有輸入并毫不費力地獲得解決方案。

示例案例：摻鐿光纖放大器

例如，考慮一個摻鐿光纖放大器，在 940 nm 處泵浦功率為 1 W，在 1030 nm 處輸入信號為 1 mW：

圖 1： 沿摻鐿光纖放大器長度的光功率。

纖維的行為異常復雜：

? 得到的 Yb 激發程度不是在輸入端最高，在輸入端，泵浦功率最高，但在光纖內部有點。這是因為逆向的放大自發輻射（ASE，見第 4 部分）在左端變強。

? 前向 ASE 也有影響，但僅限于光纖內的某些區域。（在實驗中幾乎不會注意到它！）

? 在右側，泵完全耗盡，信號經歷了一些重吸收。然而，這不是很強，因為重吸收已飽和：功率約為 600 mW 的信號（不是耗盡的泵！）將鐿激發保持在 7%，大大降低了吸收。（對于微弱的信號，這種效果會更強。）

? 泵浦功率首先迅速下降，然后在 Yb 激勵最高的地方下降得較慢，然后再次下降得更快。

示例情況下的光纖長度比理想情況稍長。但是請注意，改變光纖長度會以意想不到的方式改變 ASE 功率水平。因此，人們寧愿計算這些事情，而不僅僅是猜測。

因此我們清楚地看到，光纖中功率的演變很大程度上取決于 Yb 激發，而這些當然是由功率水平決定的。由此產生的行為可能相當復雜，以至于即使是有經驗的人也常常對模擬結果感到驚訝，并對意外的實驗結果感到困惑。