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小火龍果

2022-05-13 09:35

RP系列激光分析設(shè)計軟件 | 光纖放大器設(shè)計教程

光纖放大器
本教程既可以作為光纖放大器的介紹，也可以用于了解有關(guān)它們的更多詳細信息。我們相信，即使是已經(jīng)對光纖放大器有豐富經(jīng)驗的人，也會發(fā)現(xiàn)它有助于加深理解。重點是基礎(chǔ)物理和由此產(chǎn)生的技術(shù)后果；我們不會簡單地將光纖放大器視為“黑匣子”，而是深入了解內(nèi)部。

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圖：簡單的摻鉺光纖放大器的示意圖。

我們不會深入到數(shù)學(xué)細節(jié)，而是嘗試創(chuàng)建對操作原理的直觀理解——通常通過用數(shù)值模擬的示例案例展示某些效果。RP Photonics的仿真和設(shè)計軟件RP Fiber Power是用于此類目的的出色工具，并已廣泛用于本教程。
在這里，我們專注于包含一些激光活性摻雜劑的活性光纖。有關(guān)光纖的基礎(chǔ)知識，我們將在后續(xù)的教程中講解。
光纖放大器最重要的應(yīng)用可能是光纖通信，即通過光纖傳輸數(shù)據(jù)。在長距離傳輸系統(tǒng)中，需要周期性地恢復(fù)信號的光功率，例如每 50 公里的光纖。此外，還有一些放大器用于提高產(chǎn)生信號的低功率激光二極管的輸出，尤其是在將信號分成許多光纖之前（例如，在有線電視 = CATV 中）。有時，在接收器之前使用放大器以獲得更好的光電檢測信噪比。完全不同的應(yīng)用是在高功率激光系統(tǒng)中，其中光纖放大器將激光輻射提升到巨大的功率水平——通常用于連續(xù)波源，但也用于短波和超短脈沖源。本教程涵蓋了所有此類應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。

01.第一部分：纖維中的稀土離子
光纖中的鉺或鐿離子如何放大光？我們?nèi)绾蚊枋鼍哂袕?fù)雜 Stark 能級流形和有效躍遷截面的此類離子的行為？為什么有效過渡截面與溫度有關(guān)？帶內(nèi)抽水如何工作？為什么纖維中的飽和效應(yīng)通常非常強？

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02.第二部分：如何描述光
如何從激發(fā)密度計算增益和泵吸收？為什么增益或損耗光譜的形狀通常取決于激發(fā)程度，例如在摻鉺和摻鐿光纖放大器中？

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03.第三部分：穩(wěn)定狀態(tài)的自洽解決方案
如何計算沿光纖的光功率和激發(fā)密度的自洽穩(wěn)態(tài)解？什么情況下這么難？拍攝方法和放松方法有什么限制？

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04.第四部分：放大的自發(fā)輻射
什么是放大自發(fā)發(fā)射 (ASE)？哪些因素會影響其強度？為什么 ASE 的功率和光譜形狀強烈依賴于傳播方向？為什么 ASE 經(jīng)常限制可實現(xiàn)的放大器增益？

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05.第五部分：向前和向后泵送

RP系列 激光分析設(shè)計軟件 | 光纖放大器設(shè)計教程

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