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只看樓主正序閱讀樓主發(fā)表于: 2022-06-15

本教程包含以下部分：
1：簡介
2：光通道
3：功率傳播或場傳播
4：激光活性離子
5：放大器和激光器的連續(xù)波操作
6：放大和產(chǎn)生短脈沖
7：超短脈沖
8：使用自制軟件還是商業(yè)產(chǎn)品？
以下是Paschotta 博士關(guān)于光纖放大器和激光器建模教程的第 5 部分。

第 5 部分：放大器和激光器的連續(xù)波操作

在本節(jié)中，您將學(xué)習(xí)如何計(jì)算光纖放大器和激光器在穩(wěn)定狀態(tài)下連續(xù)波操作期間出現(xiàn)的光功率。我們將始終只傳播光功率，而不是整個(gè)場（見第 3 節(jié)），以避免數(shù)值光束傳播的所有復(fù)雜性和相應(yīng)的更困難的邊界條件。幸運(yùn)的是，這種方法通常非常現(xiàn)實(shí)，因?yàn)楣饫w的引導(dǎo)特性導(dǎo)致沿光纖或多或少恒定的強(qiáng)度分布。
本節(jié)包含一些比較棘手的操作。但是請(qǐng)記住，只有當(dāng)您自己開發(fā)模擬軟件時(shí)，您才需要處理這些問題。使用某些現(xiàn)有軟件時(shí)，您可能只是喜歡獲得解決方案。
讓我們首先回顧第 3 節(jié)中某個(gè)光通道的光功率的微分方程：

穩(wěn)態(tài)解決方案的一般困難是需要找到一種用于光功率和激發(fā)密度的自洽解決方案。在具有多個(gè)反向傳播波的情況下，這是非常重要的。
局部增益gj(z)取決于激光活性離子的激發(fā)能級(jí)，而激發(fā)能級(jí)本身可能取決于與所有光通道相關(guān)的光強(qiáng)度。因此，我們需要為整個(gè)光纖的光功率和能級(jí)激發(fā)找到一個(gè)自洽的解決方案。
ASE 的方程必須再包含一項(xiàng)與自發(fā)發(fā)射相關(guān)的項(xiàng)——但當(dāng)然只是發(fā)射功率的一小部分仍然在光纖纖芯中引導(dǎo)。對(duì)于單模光纖和四級(jí)增益系統(tǒng)，事實(shí)證明只有本地增益和光通道帶寬與增加的功率相關(guān)。基于有限的角度接受范圍的純幾何推理由光纖的數(shù)值孔徑定義，結(jié)果證明僅適用于高度多模光纖。您可以在關(guān)于 ASE 的博客文章中找到更多相關(guān)信息。
計(jì)算局部增益
在研究這些方程的解之前，讓我們討論如何根據(jù)給定的通道光功率計(jì)算局部增益圖片。在基于頂帽強(qiáng)度分布的最簡單類型的模型中，對(duì)應(yīng)于光通道的強(qiáng)度可以計(jì)算為功率除以核心面積。對(duì)于任意強(qiáng)度分布，該過程有點(diǎn)復(fù)雜，即使我們假設(shè)強(qiáng)度分布的形狀是恒定的（例如，由于每個(gè)通道的單個(gè)光纖模式）：

圖 1：將纖芯分成環(huán)。

• 假設(shè)強(qiáng)度僅存在徑向（但不是方位角）相關(guān)性，我們可以在數(shù)學(xué)上將光纖纖芯劃分為一組環(huán)（見圖 1），即具有一定徑向坐標(biāo)范圍的區(qū)域，其中強(qiáng)度變化不大。（如果還存在方位角相關(guān)性，我們還必須將環(huán)劃分為角部分。在非對(duì)稱波導(dǎo)的情況下，矩形網(wǎng)格可能更合適。）


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