光纖放大器的教程包含以下十個部分： 9+ |W; 1、光纖中的稀土離子 > ByqM{? 2、增益和泵浦吸收 uz h TNf 3、穩(wěn)態(tài)的自洽解 @r(3 4、放大的自發(fā)發(fā)射 syCT)}T6z 5、正向和反向泵浦 .yD5 >iBh
6、用于大功率操作的雙包層光纖 #/H Z[Vw 7、納秒脈沖光纖放大器 rPt 8、超短脈沖光纖放大器 pJ uD+v 9、光纖放大器噪聲 >E3-/)Ti 10、多級光纖放大器 UhJ!7Ws$ 接下來是Paschotta 博士關(guān)于光纖放大器教程的第7部分： x=kJl GT 9 9^7Ek!z# 第七部分：納秒脈沖光纖放大器 N#XC%66qy! 產(chǎn)生高能納秒脈沖的方法 + WT?p] 稀土摻雜的激光增益介質(zhì)，如摻雜玻璃纖維，具有較長的上態(tài)壽命。這意味著我們可以在沒有信號輸入的情況下通過泵送這種設(shè)備在這種設(shè)備中存儲大量能量，然后用一個短脈沖提取所有存儲的能量。通過將存儲的能量暫時集中到持續(xù)時間僅為例如幾納秒的脈沖，可以獲得相當(dāng)大的峰值功率。 u=Xpu,q 傳統(tǒng)上，強納秒脈沖是由Q 開關(guān) 體激光器產(chǎn)生的。一種完全不同的方法是使用廉價的低功率脈沖種子源——例如，增益開關(guān) 激光二極管——并使用光纖放大器系統(tǒng)將其輸出放大到相當(dāng)大的能量。該方法的一個吸引人的特點是可以輕松改變脈沖重復(fù)率和輸出脈沖能量，而無需改變脈沖持續(xù)時間，或改變脈沖持續(xù)時間和形狀而不影響其他脈沖參數(shù)。此外，還可以將兩種或多種不同波長的種子激光器結(jié)合起來。在調(diào)Q激光器中，這種靈活的參數(shù)控制是不可能的；例如，較低的脈沖能量通常意味著較長的脈沖。 `ZT/lB` 脈沖單模二極管激光器的低峰值功率（通常低于 1 W）意味著需要相當(dāng)高的放大器增益才能達(dá)到微焦甚至毫焦。使用單個放大器級，例如提供 40 dB 增益，我們可以輸出幾十微焦耳。事實上，許多應(yīng)用需要更高的脈沖能量，因此需要至少兩個放大器級。 A5Q4wy` u ?F.%j- 光纖非線性的局限性 i) $ySlEh 雖然從光纖中獲得大量增益相對容易，但光纖非線性會帶來很多麻煩： HE>V\+
AL • 一個硬限制來自于幾兆瓦峰值功率的災(zāi)難性自聚焦。如果一個人試圖超過這個限制，光纖就會被一槍摧毀。值得注意的是，它不能通過增加光纖的有效模式面積來增加。 _9q byh S7 • 在自聚焦變得至關(guān)重要之前，自相位調(diào)制(SPM) 可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的影響，盡管不會導(dǎo)致自毀。它可以顯著拓寬光譜——但這對于某些應(yīng)用來說并不重要，例如在激光材料加工中。 ^m
AxV7k • 對于窄帶光，受激布里淵散射(SBS) 是一個非常有限的因素。即使具有1000 μm 2的相對較大的有效模式面積，也已經(jīng)達(dá)到了 ≈90 dB 的最大可接受布里淵增益，例如，在 1 m 的光纖上僅 400 W（對于足夠窄的脈沖）。對于太高的 SBS 增益，會產(chǎn)生強烈的非線性反射，即，功率被送回種子激光器并可能殺死它。如果可以產(chǎn)生具有數(shù)千兆赫甚至更高的大光帶寬 的種子脈沖，則可以大大增加 SBS 功率限制。不幸的是，使用激光二極管不容易控制 HMDuP2Y 獨自的。請注意，僅具有多個峰的光譜是不夠的，相隔數(shù)千兆赫；應(yīng)該避免任何波長的任何高功率譜密度。超發(fā)光二極管在這方面會更好，但它的峰值功率更低。 0.2stBw • 最后，受激拉曼散射(SRS) 可能會出現(xiàn)問題。如果拉曼增益超過大約 40 dB，則大量功率將傳輸?shù)礁L波長的組件，通常相對于信號波長偏移數(shù)十納米。通常，如果模式面積相對較大，則該問題始于幾米光纖上大約 100 kW 的峰值功率。 h6n!"z8H 具有較大模式面積的光纖有助于提高所有這些限制，但自聚焦限制除外。不幸的是，實際上可實現(xiàn)的模式區(qū)域存在限制，因為最終會遇到太弱的引導(dǎo)，并且對彎曲損耗和光纖缺陷過于敏感。 ]c
bXI "c.-` 1,t 增益飽和帶來的限制 y=Z[_L!xr 在將脈沖放大到高能量時，我們還需要考慮增益飽和。對于具有小模式面積的放大器光纖，增益的飽和能量通常在幾十微焦的數(shù)量級。對于大模式區(qū)域，可以將其推至數(shù)百微焦耳。然而，放大脈沖的理想能量通常更高，這會導(dǎo)致嚴(yán)重的增益飽和效應(yīng)：放大器增益在脈沖期間大幅下降。由于該增益會強烈影響輸出功率，因此脈沖形狀可能會嚴(yán)重失真。圖 1 顯示了一個示例情況，其中輸出脈沖能量為 112 μJ，增益飽和能量為 32 μJ。 5.D0 1?k 圖 1： 摻鐿光纖放大器中的輸出功率和鐿激發(fā)與時間的關(guān)系。點劃線曲線顯示了在沒有增益飽和的假設(shè)情況下的輸出功率。實際上，由于增益在放大期間下降，因此獲得了較低失真的脈沖。
%(]B1Zg6, 另一方面，如果我們想用單個脈沖提取大部分存儲的能量，當(dāng)然必須在強增益飽和狀態(tài)下操作。為了有效提取，放大器輸入端的增益飽和應(yīng)該已經(jīng)很強。放大器系統(tǒng)的最終放大器級通常會出現(xiàn)這種情況。對于該方案，一種設(shè)計為相對較低的增益，但大量的脈沖失真仍然是不可避免的。請注意，與矩形形狀相比，對于形狀更平滑的脈沖（例如，具有高斯形狀的脈沖），這些不太明顯且問題較少。 c6AwO?x/ C|[x],JCS 示例：用于納秒脈沖的 Yb 摻雜放大器 *9 aI\#}
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