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光纖放大器的教程包含以下十個(gè)部分： F"[3c6yF 1、光纖中的稀土離子 ).Gd1pE 2、增益和泵浦吸收 hlC%HA 3、穩(wěn)態(tài)的自洽解 nj 4、放大的自發(fā)發(fā)射 "wINBya'M 5、正向和反向泵浦 l&Q!mU} 6、用于大功率操作的雙包層光纖 &[~[~m| 7、納秒脈沖光纖放大器 N+J>7_k 8、超短脈沖光纖放大器 A9;0y jae 9、光纖放大器噪聲 ;cLUnsB\ 10、多級(jí)光纖放大器 K$ AB} Fvc 接下來是Paschotta 博士關(guān)于光纖放大器教程的第9部分： iadk H]w akCIa'>t 第九部分：光纖放大器的噪聲 ]u0 Jd#@ 眾所周知，任何放大器不僅會(huì)放大信號(hào)輸入端的噪聲，還會(huì)增加一些額外的噪聲（過量噪聲）。這在光纖通信領(lǐng)域尤其重要，其中光纖放大器用于保持足夠高的信號(hào)功率水平，并且它們的過量噪聲會(huì)降低可接受的誤碼率的可能數(shù)據(jù)速率。 #w*"qn#2Uz 在光學(xué)放大器的情況下，過量噪聲主要與量子噪聲有關(guān)。因此，我們首先需要學(xué)習(xí)一些光學(xué)放大器中量子噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)。 i-.c= M qtY
m!g 理想放大器的過量噪聲 .8(%4ejJ( 我們首先根據(jù)量子光學(xué)定律考慮由最好的相位不敏感光放大器產(chǎn)生的過量噪聲。（我們?cè)诒窘坛讨胁豢紤]相位敏感放大器；光纖放大器都是相位不敏感的，除了基于非退化參量放大的放大器。）讓我們假設(shè)這種放大器的輸入信號(hào)具有盡可能小的噪聲水平，即在所謂的標(biāo)準(zhǔn)量子噪聲水平。此外，我們假設(shè)這種噪聲均勻分布在兩個(gè)正交分量上，即我們不考慮所謂的光壓縮狀態(tài)。在這種情況下，我們理想放大器輸出端的噪聲功率，在一定范圍內(nèi)測(cè)量帶寬，不僅是輸入噪聲乘以放大器增益（功率放大系數(shù)），而且由于增加了過多的噪聲而顯著提高。如果增益很大（例如 20 dB），則輸出噪聲功率比假設(shè)的（但不可能的）無噪聲放大器高 ≈2 倍 。2 的附加因子稱為噪聲系數(shù)。人們經(jīng)常用分貝表示；因子 2 對(duì)應(yīng)于 ≈3 dB。 ]"h=Qc 對(duì)于較低的增益，過多的噪聲影響（因此噪聲系數(shù)）可以更小。此外，如果輸入信號(hào)已經(jīng)攜帶遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)量子噪聲的噪聲，它就變得相對(duì)不那么重要了。（因此，在多級(jí)放大器中，只有第一級(jí)的噪聲系數(shù)很重要。）另一方面，非理想放大器可能具有更高的噪聲系數(shù)。 (bvoF5% 如果激光放大器使用純四能級(jí)激光躍遷并且沒有寄生功率損失，例如吸收雜質(zhì)或光散射，則激光放大器可以接近這種理想的放大器。其過多的噪聲可以解釋為由于不可避免的自發(fā)輻射進(jìn)入放大模式。 H k9U&j$ ;wgFr.#hp@ 來自光衰減器的過多噪聲 v)+@XU2wZ 有趣的是，即使是某種（線性）吸收器或部分透明的鏡子對(duì)光束的簡單衰減也會(huì)增加一些量子噪聲。如果不是，我們可以簡單地通過強(qiáng)衰減來消除電磁場的零點(diǎn)波動(dòng)。然而，實(shí)際上，零點(diǎn)噪聲必須始終存在。任何衰減器都會(huì)衰減來自其輸入的噪聲，但它也會(huì)增加過多的噪聲。在光子圖片中，可以將其解釋為隨機(jī)移除一些光子；隨機(jī)性意味著噪音。在部分透明的鏡子（即分束器）的情況下，也可以將其解釋為通過未使用的輸入端口進(jìn)入的真空波動(dòng)。 1a8$f5 N5!& ~~ 衰減器和放大器的組合 c&m9)r~zP 讓我們考慮如果標(biāo)準(zhǔn)量子噪聲水平的弱信號(hào)首先通過衰減器然后通過放大器會(huì)發(fā)生什么。衰減器將添加過多的噪聲，以使噪聲功率保持不變，盡管衰減。然后，放大器會(huì)放大所有噪聲并添加多余的噪聲。最后，我們將比原始光束中的噪聲大得多。 ^/a*.cu 如果我們先通過放大器然后再通過衰減器，我們得到的多余噪聲會(huì)大大減少，主要是因?yàn)樗p器會(huì)減少放大器中產(chǎn)生的多余噪聲。 o|rzN\WJn 在任何情況下，我們都看到衰減和放大會(huì)導(dǎo)致噪聲，如果我們想最大限度地減少整體過量噪聲，我們應(yīng)該避免衰減，特別是在信號(hào)最弱的地方——例如，在放大器的輸入端。 k!owl+a
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