光纖放大器的教程包含以下十個(gè)部分：
GGH;Z WSe 1、光纖中的稀土離子
)AOPiC$jL 2、增益和泵浦吸收
Q~phGD3!~ 3、穩(wěn)態(tài)的自洽解
Q/p(#/y#b 4、放大的自發(fā)發(fā)射
yL.^ = 5、正向和反向泵浦
l$F_"o?&S@ 6、用于大功率操作的雙包層光纖
My. dD' C 7、納秒脈沖光纖放大器
DB #$~(o 8、超短脈沖光纖放大器
Y+FP 9、光纖放大器噪聲
C5Xof|#p| 10、多級(jí)光纖放大器
;v_ls)_,- 接下來(lái)是Paschotta 博士關(guān)于光纖放大器教程的第4部分：
1YFeVMc ]3}feU+ 第四部分：放大的自發(fā)發(fā)射
~]&B >q 在任何
激光放大器中，我們都需要一些處于激發(fā)（亞穩(wěn)態(tài)）狀態(tài)的激光活性離子作為受激發(fā)射的先決條件。不可避免地，我們也會(huì)得到一些自發(fā)輻射。產(chǎn)生的熒光進(jìn)入各個(gè)方向，大部分留在側(cè)面的光纖。（使用紅外觀察器，可以看到泵浦光纖“發(fā)光”。）
-TgUyv. 一小部分熒光被纖芯捕獲，并與任何泵浦和信號(hào)一起沿光纖傳播（雙向）。重要的是，它可以體驗(yàn)與任何信號(hào)類(lèi)似的增益。由于光纖放大器經(jīng)常達(dá)到高增益（幾十分貝），自發(fā)發(fā)射的光的引導(dǎo)部分被強(qiáng)烈放大。我們稱(chēng)之為放大自發(fā)發(fā)射（ASE）。產(chǎn)生的功率可以變得比輻射到所有其他方向的功率大得多，即使只有一小部分熒光被核心捕獲。
TZ'aNcGg /J;;|X#P 放大自發(fā)發(fā)射的后果是：
+kM\
D~D1 • 即使我們不注入任何輸入信號(hào)，我們也可以在放大器增益高的任何
波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得相當(dāng)大的輸出功率。ASE光相對(duì)寬帶；它實(shí)際上用于一些超發(fā)
光源。
Vn'?3Eb< • 如果 ASE 與信號(hào)共同傳播，則它構(gòu)成該信號(hào)的寬帶噪聲。
) !i !3 • 強(qiáng) ASE 會(huì)導(dǎo)致大量增益飽和：通過(guò)受激發(fā)射，它會(huì)降低激發(fā)密度，從而降低放大器增益。它會(huì)導(dǎo)致一種軟增益鉗位：更多的泵浦功率仍然會(huì)增加增益，但只是略微增加，因?yàn)?ASE 功率會(huì)隨著增益的增加而迅速增長(zhǎng)。
Jz0K}^Dj [ 請(qǐng)注意，當(dāng)我們需要放大遠(yuǎn)離增益最大值的波長(zhǎng)的信號(hào)時(shí)，ASE 的增益鉗位是最不受歡迎的。從本質(zhì)上講，ASE 限制了峰值增益，我們的信號(hào)增益可能比這要弱得多。甚至在某些情況下，由于 ASE，設(shè)備根本無(wú)法工作。例如，制造發(fā)射波長(zhǎng)為 975 nm 的高效高功率摻鐿光纖
激光器并不容易，因?yàn)楹茈y抑制更長(zhǎng)波長(zhǎng)的 ASE。本教程的第 6 部分顯示了放大器的類(lèi)似情況。
0C]4~F x~ l 8^y]M 是什么決定了 ASE 的強(qiáng)度？
r&SO:#rOSM ASE 的一個(gè)關(guān)鍵因素是放大器增益量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，ASE 在大約 30 dB 以上時(shí)變得相當(dāng)大。我們?nèi)匀豢梢栽趩蝹�(gè)放大器級(jí)中實(shí)現(xiàn) 40 dB 數(shù)量級(jí)的信號(hào)增益，但通常不會(huì)超過(guò)這個(gè)。然而，增益并不是唯一的相關(guān)
參數(shù)：
:<|Z.4}kJb • 光纖的導(dǎo)模越多，可以捕獲的熒光越多，ASE 就越強(qiáng)。對(duì)于單模光纖，可以獲得盡可能少的 ASE 。基本上所有的低功率光纖放大器都是基于單模光纖，而高功率設(shè)備通常有少模光纖，表現(xiàn)出更強(qiáng)的ASE。
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• 對(duì)于具有準(zhǔn)三能級(jí)行為的激光活性離子（見(jiàn)第 3 部分），ASE 顯著增強(qiáng)（通常提高幾分貝）。這是因?yàn)閷?duì)于給定的增益，我們需要更高的激發(fā)密度來(lái)克服信號(hào)重吸收，這會(huì)導(dǎo)致更強(qiáng)的自發(fā)發(fā)射。在光纖開(kāi)始處的激發(fā)密度低的方向上，ASE 的這種效果特別明顯。因此，ASE 通常在與泵相反的方向上更強(qiáng)。
@l{I[pp }wfI4?}j} 示例 1：在 940 nm 泵浦的摻鐿光纖放大器中的 ASE
WHP;Neb6 例如，我們考慮在 940 nm 處以 1000 mW 泵浦的摻鐿單模光纖。沒(méi)有信號(hào)注入。圖 1 顯示大量 ASE 功率導(dǎo)致正向，甚至更多反向。ASE 對(duì) Yb 激發(fā)密度有顯著影響，它在泵浦最強(qiáng)的地方（左端）而不是在 ASE 最弱的地方達(dá)到最大值。由于激發(fā)密度的最終演變，泵浦功率以某種不規(guī)則的方式衰減：首先非常快，然后更慢，然后又更快。
I]
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