| 小火龍果 |
2022-05-24 11:32 |
RP系列 激光分析設(shè)計(jì)軟件 | 光纖放大器設(shè)計(jì)第三部分
光纖放大器的教程包含以下十個(gè)部分： xPb`CY7
1、光纖中的稀土離子 jBE= Ij
2、增益和泵浦吸收 $7BD~U
3、穩(wěn)態(tài)的自洽解 X(WG:FP27
4、放大的自發(fā)發(fā)射 {|rwI Re
5、正向和反向泵浦 Qz$.t>@V=
6、用于大功率操作的雙包層光纖 rtzxMCSEU
7、納秒脈沖光纖放大器 B"Fg`s+]U
8、超短脈沖光纖放大器 7s.sbP~
9、光纖放大器噪聲 c!841~p(Q
10、多級光纖放大器 )L#I#%
接下來是Paschotta 博士關(guān)于光纖放大器教程的第3部分： 8=2)I.
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局部增益的總增益 ~+T~}S
一旦我們知道沿光纖的局部增益系數(shù)，光纖放大器的無量綱總增益可以通過對整個(gè)光纖長度的積分來計(jì)算： ")sq?1?X
[attachment=112586] 您可以將其乘以 4.343 以獲得以分貝為單位的值，或取其指數(shù)以獲得功率放大系數(shù)。 SnXYq 7`t
自洽穩(wěn)態(tài)解決方案 @NyCMe; ]
一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)擺在面前：如何計(jì)算穩(wěn)態(tài)下的整體增益？上面的等式似乎很容易，但是如何知道光纖中所有位置所需的增益系數(shù)呢？畢竟，這些取決于當(dāng)?shù)氐谋煤托盘柟β剩覀冞�不知道這些！它們又取決于未知的激發(fā)密度。顯然，我們需要為光纖中所有位置的光功率和激發(fā)密度找到一個(gè)自洽的解決方案。 ^3r2Q?d\
在某些情況下，這相對容易獲得。例如，如果您只有一個(gè)共同傳播的泵浦和信號，您可以計(jì)算輸入端的激發(fā)密度，從中獲得局部泵浦吸收和信號增益，并用它來將功率小步傳播到光纖中。在那里，再次計(jì)算激發(fā)密度、增益和吸收等；只需重復(fù)此過程，直到到達(dá)光纖末端。 g8qN+Gg
具有反向傳播信號和泵浦的情況并不一定很困難，除非有多個(gè)波。 H>Fy 2w
對于反向傳播的信號和泵，有點(diǎn)困難，但可以使用拍攝算法。從信號輸入的一端開始，并對剩余的泵浦功率進(jìn)行粗略估計(jì)。（這取決于光纖的激發(fā)，目前尚不清楚。）然后將泵浦功率與信號一起傳播到另一端。（泵浦功率會朝那個(gè)方向增長；你向后傳播！）在信號輸出端，您通常會發(fā)現(xiàn)泵浦功率與實(shí)際注入的泵浦功率不匹配。但是，您可以改進(jìn)您的猜測并重復(fù)該過程，直到您獲得自洽的解決方案。 l[.pI];T
當(dāng)你有多個(gè)反向傳播波時(shí)，真正的麻煩就來了。例如，即使您只注入一個(gè)泵浦波并且沒有信號，您也可能通過放大的自發(fā)發(fā)射（參見第 4 部分）獲得強(qiáng)光，并在兩個(gè)方向上傳播。原則上，可以推廣上述射擊算法，但這涉及多維尋根。所涉及的指數(shù)依賴性并沒有讓這變得更容易...... 5,mb]v0k
松弛方法的挑戰(zhàn)是獲得快速可靠的收斂。 gqC:r,a
還有其他算法，例如松弛方法，其中一種使用激勵密度的估計(jì)分布傳播功率，然后更改這些以減少誤差。挑戰(zhàn)在于如何使這些程序很好地收斂，即既快速又可靠。在這里，可靠性相當(dāng)難以獲得，因?yàn)榇祟愃惴ǖ男袨榭赡軙艿椒糯笃鞯母鞣N參數(shù)的強(qiáng)烈影響。 BR W
由于這部分真的很難，您可能會非常喜歡擁有一個(gè)為您完成這項(xiàng)工作的軟件。例如，我們的RP Fiber Power軟件使用了一種非常精細(xì)的算法，可以快速可靠地完成工作。作為用戶，您只需提供所有輸入并毫不費(fèi)力地獲得解決方案。 /\=g;o'
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示例案例：摻鐿光纖放大器 ?EpY4k8,
例如，考慮一個(gè)摻鐿光纖放大器，在 940 nm 處泵浦功率為 1 W，在 1030 nm 處輸入信號為 1 mW： i^gzl _!
[attachment=112587] 圖 1： 沿?fù)借O光纖放大器長度的光功率。 ]0O pd9
纖維的行為異常復(fù)雜： ZM)a4h,kcm
• 得到的 Yb 激發(fā)程度不是在輸入端最高，在輸入端，泵浦功率最高，但在光纖內(nèi)部有點(diǎn)。這是因?yàn)槟嫦虻姆糯笞园l(fā)輻射（ASE，見第 4 部分）在左端變強(qiáng)。 H7\EvIM=
• 前向 ASE 也有影響，但僅限于光纖內(nèi)的某些區(qū)域。（在實(shí)驗(yàn)中幾乎不會注意到它！） R_H di~ k
• 在右側(cè)，泵完全耗盡，信號經(jīng)歷了一些重吸收。然而，這不是很強(qiáng)，因?yàn)橹匚找扬柡停汗β始s為 600 mW 的信號（不是耗盡的泵！）將鐿激發(fā)保持在 7%，大大降低了吸收。（對于微弱的信號，這種效果會更強(qiáng)。） `Y(/G"]
• 泵浦功率首先迅速下降，然后在 Yb 激勵最高的地方下降得較慢，然后再次下降得更快。 f|<
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示例情況下的光纖長度比理想情況稍長。但是請注意，改變光纖長度會以意想不到的方式改變 ASE 功率水平。因此，人們寧愿計(jì)算這些事情，而不僅僅是猜測。 (>Tu~V o
因此我們清楚地看到，光纖中功率的演變很大程度上取決于 Yb 激發(fā)，而這些當(dāng)然是由功率水平?jīng)Q定的。由此產(chǎn)生的行為可能相當(dāng)復(fù)雜，以至于即使是有經(jīng)驗(yàn)的人也常常對模擬結(jié)果感到驚訝，并對意外的實(shí)驗(yàn)結(jié)果感到困惑。
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