光纤放大器的教程包含以下十个部分: 5 u0HI
1、光纤中的稀土离子 V2G6Kw9gt
2、增益和泵浦吸收 I!?}jo3
3、稳态的自洽解 ]g&TKm
4、放大的自发发射 !v0LBe4
5、正向和反向泵浦 Wxe0IXq3Nn
6、用于大功率操作的双包层光纤 O7IJ%_A&
7、纳秒脉冲光纤放大器 w+{LAS
8、超短脉冲光纤放大器 vZoaT|3
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9、光纤放大器噪声 v}Fr@0%
10、多级光纤放大器 m9Hit8f@Q
接下来是Paschotta 博士关于光纤放大器教程的第10部分: L,@lp
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第十部分:多级光纤放大器 @y&bw9\
在本教程的前面部分已经提到过,例如在纳秒脉冲和超短脉冲放大器中,可以使用多级放大器,即包含多个有源光纤的放大器设置。 DDH:)=;z
本质上,使用多级放大器有两种不同的原因: #lW`{i
• 人们可能希望在设置中使用不同种类的有源光纤——例如,一种用于前置放大器的有效模式面积较小的光纤,另一种用于最终放大器级的双包层大模式面积光纤。 "FKOaQ%IH
• 在许多情况下,需要在两级之间插入光学元件,例如泵浦耦合器、滤光片和开关。 uRr o?m<
在下文中,我们将更详细地了解多级光纤放大器的各个重要方面。 fwf$Co+R:*
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需要不同的模式区域 d<N:[Y\4l
光纤放大器系统通常提供几十分贝的非常高的增益。这意味着有源光纤的不同部分会看到非常不同的光功率或脉冲能量。 ][h}
最后一级(功率放大器级)需要大模式区域有几个原因: 8pgEix/M5o
• 对于太低的模态区域,非线性效应会过大。 {8%a5DiM
• 当使用双包层光纤获得高平均功率时,大模面积会降低包层/纤芯面积比,从而提高泵浦吸收,因此可以使用更短的光纤长度;这进一步减少了非线性效应。 u-5{U-^_
• 此外,可以避免或减少高能脉冲引起的过度增益饱和(以及由此产生的脉冲形状失真)的问题。最后,如果需要在光纤中存储高能量,还可以避免因增益过大(例如,强放大的自发发射,参见第 4 部分)而导致的问题。 b%/ 1$>_
另一方面,对于低功率前置放大器来说,较小的模式区域仍然是可取的: >
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• 我们希望具有高增益效率,以便在使用小泵浦功率的同时获得高放大器增益。 g'qa}/X
• 在低平均功率状态下,功率转换效率更高。 H+Sz=tg5
• 我们可以使用具有稳健导向的严格单模光纤,允许紧密盘绕以实现紧凑的设置,同时保持光束形状稳定。 j^2wb+`
• 上述较高模式区域的原因不适用于低功率前置放大器:不存在(或至少较小)非线性、增益饱和或 ASE 问题。 t1y4 7fX6
• 通常,功率放大器级具有显着较低的增益,但提供了最大部分的输出功率。 eHDN\QA 2
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需要不同的泵送选项 *w&Y$8c(
当使用如上所述的两种不同光纤时,可能希望通过将光纤直接泵入纤芯来最小化前置放大器的泵浦功率。在低功率水平上,这很容易做到,例如使用光纤耦合二极管激光器和二向色光纤耦合器。但是,该选项可能不适合最终需要的高功率;在那里,人们想做包层泵浦,即将泵浦光注入双包层光纤的泵浦包层(见第 6 部分)。显然,当使用具有相应不同光纤的两个不同放大器级时,这至少更容易。 "!%l/_p?
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注入额外的泵浦光 'y3!fN=h
对于纤维,我们有时会缺少末端。更多的纤维有助于拥有更多的末端。例如,在两级放大器中,我们已经有四个光纤端可以注入泵浦功率。这是受欢迎的,例如,如果我们无法仅使用两个泵浦二极管获得足够的泵浦功率。 X(-4<B
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ASE 抑制 %n: k#
为了避免过度放大自发发射的麻烦(ASE,见第 4 部分),第一步是设计一个不高于所需的增益。特别是,增益效率不应高于必要的值。然而,有时我们只需要一个非常高的增益,例如 60 dB。在单个放大器级中会导致过度的 ASE;更准确地说,在达到该增益之前,我们会将大部分泵浦功率转换为 ASE 功率。 kq,ucU%>p
多级放大器允许通过级之间的 ASE 消除来解决该问题。本质上,一个人在那里强烈衰减 ASE,因此它必须在下一阶段“从头开始”建立。有不同的选择: K&K