光纖激光器模型

 

　　光纖激光器設(shè)計(jì)的許多技術(shù)細(xì)節(jié)都比體激光器復(fù)雜。原因是多方面的：

 

　　光纖激光器工作時(shí)通常產(chǎn)生更高的增益和更高的諧振腔損耗。

 

　　光纖激光器中的光強(qiáng)通常大于飽和強(qiáng)度，產(chǎn)生強(qiáng)飽和效應(yīng)（甚至對泵浦光也會）。

 

　　大多數(shù)活性光纖具有準(zhǔn)三能級增益系統(tǒng)，并且它們的工作特性比四能級光纖更復(fù)雜。

 

　　光纖激光器系統(tǒng)通常非常復(fù)雜，例如，采用主振蕩功率放大器結(jié)構(gòu)。

 

　　根據(jù)以上原因，光纖激光器的工作細(xì)節(jié)通常不能只采用簡單的分析計(jì)算得到。因此需要采用一些光學(xué)模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬來計(jì)算激光器性能，分析有害效應(yīng)，優(yōu)化模型和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。這種模擬可以得到下面不同的技術(shù)細(xì)節(jié)：

 

　　速率方程模型可用來計(jì)算單個(gè)激光器活性離子或者多個(gè)離子時(shí)的能量轉(zhuǎn)移過程。

 

　　模式求解器，即計(jì)算光纖模式的計(jì)算器，得出入射來進(jìn)行更一步的計(jì)算，特別是模式強(qiáng)度分布。

 

　　有些情況下，需要知道光束傳播的數(shù)值模擬結(jié)果。例如，通常多模光纖中，包括雙包層光纖的包層泵浦。

 

　　計(jì)算激光器和放大器的穩(wěn)態(tài)需要細(xì)化的算法，可以得到可以計(jì)算整個(gè)光纖中激光活性離子激發(fā)密度和光強(qiáng)的自洽解。（光強(qiáng)和激發(fā)密度相互影響。）

 

　　動力學(xué)模型可以計(jì)算脈沖放大和Q開關(guān)。

 

　　也可以數(shù)值模擬考慮激光器增益、有限增益帶寬、色散、各種非線性等之后的超短脈沖在光纖中的傳播過程。

 

　　圖9為單個(gè)光纖激光器很特別的性質(zhì)，給出了摻鐿單模光纖激光器中光功率和激發(fā)密度在整個(gè)光纖中的變化情況。右側(cè)峰值反射率為25%的光學(xué)布拉格光柵的功能是輸出耦合器，左側(cè)則采用高反射率的布拉格光柵。泵浦光（975 nm）通過光柵耦合進(jìn)去。左側(cè)泵浦功率的線性衰減引起強(qiáng)的泵浦飽和。光纖太長，因此右側(cè)產(chǎn)生很小的信號光重吸收。重吸收使鐿激發(fā)保持在很高的水平，盡管泵浦功率在下降，但是會使信號輸出功率略微減小。ASE產(chǎn)生的損耗也可以忽略。