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RP系列激光分析设计软件 | 光纤放大器设计教程

光纤放大器

本教程既可以作为光纤放大器的介绍，也可以用于了解有关它们的更多详细信息。我们相信，即使是已经对光纤放大器有丰富经验的人，也会发现它有助于加深理解。重点是基础物理和由此产生的技术后果；我们不会简单地将光纤放大器视为“黑匣子”，而是深入了解内部。

图：简单的掺铒光纤放大器的示意图。

我们不会深入到数学细节，而是尝试创建对操作原理的直观理解——通常通过用数值模拟的示例案例展示某些效果。RP Photonics的仿真和设计软件RP Fiber Power是用于此类目的的出色工具，并已广泛用于本教程。

在这里，我们专注于包含一些激光活性掺杂剂的活性光纤。有关光纤的基础知识，我们将在后续的教程中讲解。

光纤放大器最重要的应用可能是光纤通信，即通过光纤传输数据。在长距离传输系统中，需要周期性地恢复信号的光功率，例如每 50 公里的光纤。此外，还有一些放大器用于提高产生信号的低功率激光二极管的输出，尤其是在将信号分成许多光纤之前（例如，在有线电视 = CATV 中）。有时，在接收器之前使用放大器以获得更好的光电检测信噪比。完全不同的应用是在高功率激光系统中，其中光纤放大器将激光辐射提升到巨大的功率水平——通常用于连续波源，但也用于短波和超短脉冲源。本教程涵盖了所有此类应用程序的基础。

01.第一部分：纤维中的稀土离子

光纤中的铒或镱离子如何放大光？我们如何描述具有复杂 Stark 能级流形和有效跃迁截面的此类离子的行为？为什么有效过渡截面与温度有关？带内抽水如何工作？为什么纤维中的饱和效应通常非常强？