本教程包含以下部分：

1：簡介

2：光通道

3：功率傳播或場傳播

4：激光活性離子

5：放大器和激光器的連續波操作

6：放大和產生短脈沖

7：超短脈沖

8：使用自制軟件還是商業產品？

以下是Paschotta 博士關于光纖放大器和激光器建模教程的第 2 部分。

第 2 部分：光通道

在光纖放大器或光纖激光器的定量模型中，我們需要以某種方式描述在光纖中傳播的光。具體應該如何做，很大程度上取決于具體情況。

在大多數情況下，我們處理的是不同波長的不同光波——例如，泵浦波和信號波。在更復雜的情況下，我們可能有多個泵浦和信號波，也可能有來自放大自發發射(ASE) 的光（請參閱我們的光纖放大器教程的第 4 節）。

盡管原則上可以將整個光場描述為一個整體，但區分一些我們稱之為光通道的數量通常是非常明智的。在放大器模型中，我們可能有

? 一個或多個泵通道，

? 一個或多個信號通道，

? 通常在 10 到 100 個 ASE 通道之間。

我們將 ASE 光分成具有不同波長的多個通道，通常使用等距的波長值。每個 ASE 通道代表一些窄波長區域，其中光子能量和躍遷橫截面等屬性近似恒定。當然，在某些情況下 ASE 可以完全忽略——例如，當放大器增益太低而 ASE 不重要并且人們對那個低電平 ASE 不感興趣時。

泵和信號通道通常被認為是單色的。對于這些，通常不考慮自發輻射。在寬帶信號的情況下，當然可以再次使用具有不同波長的通道陣列。

圖 1： 摻鉺光纖放大器模型中的光通道。

例如，圖 1 顯示了為一個簡單的摻鉺光纖放大器模型選擇的光通道。ASE 通道的波長范圍為 1520 nm 至 1600 nm，間距為 5 nm。兩個信號通道也在該波長范圍內，但分別處理：我們僅考慮這些信號輸入，而僅考慮 ASE 通道的自發發射。

另一個重要方面是傳播方向。每個光通道描述的光要么從左側傳播到右側（我們稱之為正向），反之亦然（反向）。

每個光通道僅代表一個傳播方向。

在許多情況下，某些波長的光在兩個方向上傳播。例如，可能有一個雙通放大器或一個線性激光諧振器。在有源光纖的一端或兩端，光可能會被反射，我們用一些反射率定量地描述了這一點，這當然取決于光通道（通常是由于波長依賴性）。在許多情況下，反射是直接發生在光纖端（例如，由于裸端的菲涅耳反射）還是發生在更大的距離（例如，使用額外的無源光纖制成的環形反射器）并不重要。只有反射率是相關的，即返回多少光。

總之，一個光通道的特點是

? 它的波長（可能是窄波長區域的中心波長）

? 它的帶寬（對于 ASE 通道，但不適用于單色泵浦或信號通道）

? 它的傳播方向（向前或向后）

? 它在光纖中的空間特性——將在下一節中討論。

對于涉及超短脈沖的模擬，必須考慮更多細節；我們在后面第 7 節中會講述。