激光放大技術(shù)

1、第五章 激光放大技術(shù)一段處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)就是一個(gè)激光放大器。激光放大的意義：1 增加功率或能量，振蕩級(jí)產(chǎn)生高能量存在困難2 長(zhǎng)程光通訊系統(tǒng)需要對(duì)光損耗進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谝还?jié) 固體激光放大器一、典型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：均勻激勵(lì)二、再生放大器兩端面與光傳輸方向垂直，并具有一定反射率的放大器，稱為再生放大器。再生放大器中，光可以在兩個(gè)反射面間往返傳播，具有較高的增益。連續(xù)激光放大器入射端光強(qiáng)為I0，光功率為P0，輸出端光強(qiáng)為I（l），P（l）時(shí)，增益定義為：再生放大器兩個(gè)端面組成的諧振腔對(duì)頻率也有選擇作用，其諧振頻率為，端面反射率為r1,r2,入射光頻率為時(shí)，再生放大器增益為GS為單程渡越的增益。當(dāng)時(shí)，放大器

2、具有最大增益當(dāng)時(shí)，增益下降為最大值的一半。三、行波放大器1 輸入信號(hào)強(qiáng)度對(duì)放大器增益的影響均勻加寬時(shí)，凈增益系數(shù)入射光信號(hào)較弱或者放大器較短時(shí)，若放大器中各處光強(qiáng)均遠(yuǎn)小于飽和光強(qiáng)，則放大器小信號(hào)增益在小信號(hào)條件不能滿足時(shí)在氣體工作物質(zhì)和未達(dá)到重度飽和的其他工作物質(zhì)中，若放大器始終保持，則用功率表示飽和輸出功率：G下降為G0/2時(shí)的輸出功率在時(shí)：2 最大輸出光強(qiáng)提高輸入光強(qiáng)和增大放大器長(zhǎng)度均可以提高輸出光強(qiáng)，但是隨著信號(hào)光的增強(qiáng)，增益系數(shù)將不斷減小，直到凈增益系數(shù)光強(qiáng)不再增加3 增益譜寬增益系數(shù)是頻率的函數(shù)，入射光頻率不同，放大器的增益不同當(dāng)時(shí)，最大當(dāng)時(shí)，放大器的增益譜寬對(duì)于無(wú)損小信號(hào)放大器：對(duì)

3、于均勻加寬線型，增益譜寬當(dāng)，越大，越小光譜線輪廓邊窄：放大器中心頻率處增益大，偏離中心頻率處增益變小，將導(dǎo)致光譜線輪廓變窄。第二節(jié) 摻雜光纖放大器一、典型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：縱向激勵(lì)二、摻鉺光纖放大器（Erbium-doped Fiber Amplifier ,EDFA）適用于1500nm石英非晶特性使鉺離子的能級(jí)展寬為帶狀1 常用兩種泵浦方式 980nm泵浦 典型的三能級(jí)系統(tǒng)，可以放大1530nm1565nm的激光。1480nm泵浦 準(zhǔn)三能級(jí)（或準(zhǔn)二能級(jí)）系統(tǒng)。2 摻鉺光纖吸收和增益譜增益譜受石英非晶態(tài)和摻雜物影響展寬Er3+ 均勻加寬;石英基質(zhì) 均勻加寬摻雜引起 非均勻加寬，不同摻雜引起的展寬也不一

4、樣。增益曲線不平坦需要修正三、摻鐠光纖放大器（Praseodymium -Doped Fiber Amplifier ,PDFA）適用于1310nm摻鐠光纖以氟化物玻璃（ZBLAN: ZrF4,BaF2, LaF3,AlF3,NaF）為基質(zhì) 950-1050nm泵浦帶 四能級(jí)系統(tǒng)影響PDFA效率的因素：1） 受激態(tài)吸收 1G4的離子吸收泵浦光和信號(hào)光躍遷到3P0和1D22） 波長(zhǎng)大于1290nm的放大信號(hào)3H4-3F3基態(tài)吸收3） 上能級(jí)壽命（2040）s泵浦功率高，小信號(hào)增益低四、縱向激勵(lì)的放大特性1閾值泵浦光強(qiáng)泵浦光沿傳輸方向減弱，當(dāng)，信號(hào)光逐漸增強(qiáng)；當(dāng)，信號(hào)光逐漸減弱。2小信號(hào)增益特性小信號(hào)增益增益與信號(hào)光強(qiáng)無(wú)關(guān)，但和入射泵浦光強(qiáng)及摻雜光纖長(zhǎng)度有密切關(guān)系。隨著增大，曲線包絡(luò)逐漸增大，均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，其中曲線最大值對(duì)應(yīng)下降至的位置，對(duì)應(yīng)摻雜光纖的最佳長(zhǎng)度。當(dāng)光纖長(zhǎng)度時(shí)，G0隨光纖長(zhǎng)度增加而增加；當(dāng)時(shí)，G0隨光纖長(zhǎng)度增加而減??；當(dāng)時(shí)，光纖放大