RP系列 激光分析设计软件 | 光纤放大器与激光器建模第二部分

本教程包含以下部分：

1：简介

2：光通道

3：功率传播或场传播

4：激光活性离子

5：放大器和激光器的连续波操作

6：放大和产生短脉冲

7：超短脉冲

8：使用自制软件还是商业产品？

以下是Paschotta 博士关于光纤放大器和激光器建模教程的第 2 部分。

第 2 部分：光通道

在光纤放大器或光纤激光器的定量模型中，我们需要以某种方式描述在光纤中传播的光。具体应该如何做，很大程度上取决于具体情况。

在大多数情况下，我们处理的是不同波长的不同光波——例如，泵浦波和信号波。在更复杂的情况下，我们可能有多个泵浦和信号波，也可能有来自放大自发发射(ASE) 的光（请参阅我们的光纤放大器教程的第 4 节）。

尽管原则上可以将整个光场描述为一个整体，但区分一些我们称之为光通道的数量通常是非常明智的。在放大器模型中，我们可能有

• 一个或多个泵通道，

• 一个或多个信号通道，

• 通常在 10 到 100 个 ASE 通道之间。

我们将 ASE 光分成具有不同波长的多个通道，通常使用等距的波长值。每个 ASE 通道代表一些窄波长区域，其中光子能量和跃迁横截面等属性近似恒定。当然，在某些情况下 ASE 可以完全忽略——例如，当放大器增益太低而 ASE 不重要并且人们对那个低电平 ASE 不感兴趣时。

泵和信号通道通常被认为是单色的。对于这些，通常不考虑自发辐射。在宽带信号的情况下，当然可以再次使用具有不同波长的通道阵列。

图 1： 掺铒光纤放大器模型中的光通道。

例如，图 1 显示了为一个简单的掺铒光纤放大器模型选择的光通道。ASE 通道的波长范围为 1520 nm 至 1600 nm，间距为 5 nm。两个信号通道也在该波长范围内，但分别处理：我们仅考虑这些信号输入，而仅考虑 ASE 通道的自发发射。

另一个重要方面是传播方向。每个光通道描述的光要么从左侧传播到右侧（我们称之为正向），反之亦然（反向）。

每个光通道仅代表一个传播方向。

在许多情况下，某些波长的光在两个方向上传播。例如，可能有一个双通放大器或一个线性激光谐振器。在有源光纤的一端或两端，光可能会被反射，我们用一些反射率定量地描述了这一点，这当然取决于光通道（通常是由于波长依赖性）。在许多情况下，反射是直接发生在光纤端（例如，由于裸端的菲涅耳反射）还是发生在更大的距离（例如，使用额外的无源光纤制成的环形反射器）并不重要。只有反射率是相关的，即返回多少光。

总之，一个光通道的特点是

• 它的波长（可能是窄波长区域的中心波长）

• 它的带宽（对于 ASE 通道，但不适用于单色泵浦或信号通道）

• 它的传播方向（向前或向后）

• 它在光纤中的空间特性——将在下一节中讨论。

对于涉及超短脉冲的模拟，必须考虑更多细节；我们在后面第 7 节中会讲述。