光纖放大器的
教程包含以下十個部分：
B<8N96fx 1、光纖中的稀土離子
m\>a,oZH 2、增益和泵浦吸收
G!8 Z~CPF 3、穩(wěn)態(tài)的自洽解
qrvsjYi*w 4、放大的自發(fā)發(fā)射
@=]~\[e\ 5、正向和反向泵浦
{ *ZY (6^ 6、用于大功率操作的雙包層光纖
Og t]_ 7、納秒脈沖光纖放大器
1QZ&Mj^^ 8、超短脈沖光纖放大器
XS0xLt= 9、光纖放大器噪聲
HBys 10、多級光纖放大器
V]c;^ 接下來是Paschotta 博士關(guān)于光纖放大器教程的第10部分：
@\o z4^ cWGDee( 第十部分：多級光纖放大器
}),w1/#5u8 在本教程的前面部分已經(jīng)提到過，例如在納秒脈沖和超短脈沖放大器中，可以使用多級放大器，即包含多個有源光纖的放大器設(shè)置。
b96%") 本質(zhì)上，使用多級放大器有兩種不同的原因：
<D&)OxEn\ • 人們可能希望在設(shè)置中使用不同種類的有源光纖——例如，一種用于前置放大器的有效模式面積較小的光纖，另一種用于最終放大器級的雙包層大模式面積光纖。
&~U Jf4b|A • 在許多情況下，需要在兩級之間插入
光學(xué)元件，例如泵浦耦合器、濾光片和開關(guān)。
i`/+, < 在下文中，我們將更詳細(xì)地了解多級光纖放大器的各個重要方面。
FG3UZVUg9 6qe*@ o 需要不同的模式區(qū)域
m|=Ecu 光纖放大器
系統(tǒng)通常提供幾十分貝的非常高的增益。這意味著有源光纖的不同部分會看到非常不同的光功率或脈沖能量。
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"p\@\! 最后一級（功率放大器級）需要大模式區(qū)域有幾個原因：
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G.V,0 • 對于太低的模態(tài)區(qū)域，非線性效應(yīng)會過大。
%;D+k • 當(dāng)使用雙包層光纖獲得高平均功率時，大模面積會降低包層/纖芯面積比，從而提高泵浦吸收，因此可以使用更短的光纖長度；這進(jìn)一步減少了非線性效應(yīng)。
3'c\;1lhT • 此外，可以避免或減少高能脈沖引起的過度增益飽和（以及由此產(chǎn)生的脈沖形狀失真）的問題。最后，如果需要在光纖中存儲高能量，還可以避免因增益過大（例如，強放大的自發(fā)發(fā)射，參見第 4 部分）而導(dǎo)致的問題。
t:JI! DR 另一方面，對于低功率前置放大器來說，較小的模式區(qū)域仍然是可取的：
]J9cVp • 我們希望具有高增益效率，以便在使用小泵浦功率的同時獲得高放大器增益。
k+V6,V)my • 在低平均功率狀態(tài)下，功率轉(zhuǎn)換效率更高。
8,O33qwH • 我們可以使用具有穩(wěn)健導(dǎo)向的嚴(yán)格單模光纖，允許緊密盤繞以實現(xiàn)緊湊的設(shè)置，同時保持
光束形狀穩(wěn)定。
!|2VWI} • 上述較高模式區(qū)域的原因不適用于低功率前置放大器：不存在（或至少較�。┓蔷�性、增益飽和或 ASE 問題。
2#X4G~>#h • 通常，功率放大器級具有顯著較低的增益，但提供了最大部分的輸出功率。
$rXh0g 7@.cOB`y@3 需要不同的泵送選項
[ rNXQ` / 當(dāng)使用如上所述的兩種不同光纖時，可能希望通過將光纖直接泵入纖芯來最小化前置放大器的泵浦功率。在低功率水平上，這很容易做到，例如使用光纖耦合二極管
激光器和二向色光纖耦合器。但是，該選項可能不適合最終需要的高功率；在那里，人們想做包層泵浦，即將泵浦光注入雙包層光纖的泵浦包層（見第 6 部分）。顯然，當(dāng)使用具有相應(yīng)不同光纖的兩個不同放大器級時，這至少更容易。
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B396 X Bb& ^ {7 注入額外的泵浦光
FtufuL?JS 對于纖維，我們有時會缺少末端。更多的纖維有助于擁有更多的末端。例如，在兩級放大器中，我們已經(jīng)有四個光纖端可以注入泵浦功率。這是受歡迎的，例如，如果我們無法僅使用兩個泵浦二極管獲得足夠的泵浦功率。
,:Vm6u! I fO;S*Qt ASE 抑制
UgB'[@McS 為了避免過度放大自發(fā)發(fā)射的麻煩（ASE，見第 4 部分），第一步是設(shè)計一個不高于所需的增益。特別是，增益效率不應(yīng)高于必要的值。然而，有時我們只需要一個非常高的增益，例如 60 dB。在單個放大器級中會導(dǎo)致過度的 ASE；更準(zhǔn)確地說，在達(dá)到該增益之前，我們會將大部分泵浦功率轉(zhuǎn)換為 ASE 功率。
C=uZ1xg*, 多級放大器允許通過級之間的 ASE 消除來解決該問題。本質(zhì)上，一個人在那里強烈衰減 ASE，因此它必須在下一階段“從頭開始”建立。有不同的選擇：
1tCQpf • 如果只需要放大窄帶信號或脈沖，則可以簡單地使用窄帶光學(xué)帶通濾波器來傳輸有用的輻射（信號或脈沖），同時抑制大部分 ASE。例如，如果可以使用具有 1 nm 濾波器帶寬的干涉濾波器，則可能已經(jīng)將不需要的 ASE 功率降低了大約一個數(shù)量級。然而，對于本質(zhì)上是寬帶的飛秒脈沖，這是一種不太有效的方法，因為需要更大的濾波器帶寬。
Z'^U ad6 • 法拉第隔離器允許人們在反向強烈抑制 ASE。這一點尤其重要，因為前置放大器通常對 ASE 比功率放大器級更敏感。
y5= `ap • 對于脈沖操作，也可以使用具有級之間的光開關(guān)的時間選通，該光開關(guān)僅在要放大的每個脈沖周圍的短時間間隔內(nèi)打開。（例如，可以使用聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器。）該方法不能避免 ASE 直接在脈沖周圍可能出現(xiàn)的問題，這可能會干擾某些應(yīng)用，但它會降低系統(tǒng)中的 ASE 功率損耗.
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• 如果信號在整個器件中極化良好，也可以在級之間使用偏振器來抑制未使用的極化方向上的 ASE。然而，這種措施不太常見，因為它比其他措施實現(xiàn)的少，而且信號通常是非極化的。
VHOfaCE 在某些情況下，必須將這些選項中的兩個或多個結(jié)合起來以實現(xiàn)足夠的 ASE 抑制。
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'aj98 最小化放大器噪聲
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