本
教程包含以下部分:
HmK*b Z 1:简介
>*twTlb{ 2:光通道
@+U,Nzd 3:功率传播或场传播
sM1RU 4:
激光活性离子
b=a!j=-D 5:放大器和
激光器的连续波操作
#0b&^QL 6:放大和产生短脉冲
;evCW$G= 7:超短脉冲
Uh.Zi3X6}6 8:使用自制
软件还是商业产品?
ngulc v 以下是Paschotta 博士关于
光纤放大器和激光器建模教程的第 2 部分。
xa( m5P vAP{;Q0i 第 2 部分:光通道
FDFH,J`_ 在光纤放大器或光纤激光器的定量
模型中,我们需要以某种方式描述在光纤中传播的光。具体应该如何做,很大程度上取决于具体情况。
P,gdnV
^ 在大多数情况下,我们处理的是不同
波长的不同光波——例如,泵浦波和信号波。在更复杂的情况下,我们可能有多个泵浦和信号波,也可能有来自放大自发发射(ASE) 的光(请参阅我们的光纤放大器教程的第 4 节)。
ZA#y)z8!E 尽管原则上可以将整个光场描述为一个整体,但区分一些我们称之为光通道的数量通常是非常明智的。在放大器模型中,我们可能有
o7&4G$FX~ • 一个或多个泵通道,
|P6EO22p • 一个或多个信号通道,
`29TY&p+" • 通常在 10 到 100 个 ASE 通道之间。
BX;5wKfA 我们将 ASE 光分成具有不同波长的多个通道,通常使用等距的波长值。每个 ASE 通道代表一些窄波长区域,其中
光子能量和跃迁横截面等属性近似恒定。当然,在某些情况下 ASE 可以完全忽略——例如,当放大器增益太低而 ASE 不重要并且人们对那个低电平 ASE 不感兴趣时。
t0PQ~|H<KV 泵和信号通道通常被认为是单色的。对于这些,通常不考虑自发辐射。在宽带信号的情况下,当然可以再次使用具有不同波长的通道
阵列。
)Du-_Z 图 1: 掺铒光纤放大器模型中的光通道。
|pZo2F!. 例如,图 1 显示了为一个简单的掺铒光纤放大器模型选择的光通道。ASE 通道的波长范围为 1520 nm 至 1600 nm,间距为 5 nm。两个信号通道也在该波长范围内,但分别处理:我们仅考虑这些信号输入,而仅考虑 ASE 通道的自发发射。
c-XLI 另一个重要方面是传播方向。每个光通道描述的光要么从左侧传播到右侧(我们称之为正向),反之亦然(反向)。
5IMSNGS @kngI7=E 每个光通道仅代表一个传播方向。
SA6hbcYk 在许多情况下,某些波长的光在两个方向上传播。例如,可能有一个双通放大器或一个线性激光谐振器。在有源光纤的一端或两端,光可能会被反射,我们用一些反射率定量地描述了这一点,这当然取决于光通道(通常是由于波长依赖性)。在许多情况下,反射是直接发生在光纤端(例如,由于裸端的菲涅耳反射)还是发生在更大的距离(例如,使用额外的无源光纤制成的环形反射器)并不重要。只有反射率是相关的,即返回多少光。
h\,5/ )Y 总之,一个光通道的特点是
b5ie <s • 它的波长(可能是窄波长区域的中心波长)
i8V0Ty4~N • 它的带宽(对于 ASE 通道,但不适用于单色泵浦或信号通道)
((3t: • 它的传播方向(向前或向后)
$CtCOwKZ • 它在光纤中的空间特性——将在下一节中讨论。
AvRcS]@= 对于涉及超短脉冲的
模拟,必须考虑更多细节;我们在后面第 7 节中会讲述。