光纖放大器的教程包含以下十個部分：
7s.vJdA]6 1、光纖中的稀土離子
bB"q0{9G- 2、增益和泵浦吸收
\z)` pno 3、穩(wěn)態(tài)的自洽解
7 ="I; 4、放大的自發(fā)發(fā)射
3hbU us 5、正向和反向泵浦
C9}m-N 6、用于大功率操作的雙包層光纖
!Zma\Ip 7、納秒脈沖光纖放大器
8WL*Pr 1I 8、超短脈沖光纖放大器
"ba>.h,#' 9、光纖放大器噪聲
~4[4"Pi>| 10、多級光纖放大器
DJ<F8-sb2r 接下來是Paschotta 博士關(guān)于光纖放大器教程的第4部分：
CHNIL^B SoJ'y 6 第四部分：放大的自發(fā)發(fā)射
Y"Y +U`Qt 在任何
激光放大器中，我們都需要一些處于激發(fā)（亞穩(wěn)態(tài)）狀態(tài)的激光活性離子作為受激發(fā)射的先決條件。不可避免地，我們也會得到一些自發(fā)輻射。產(chǎn)生的熒光進入各個方向，大部分留在側(cè)面的光纖。（使用紅外觀察器，可以看到泵浦光纖“發(fā)光”。）
Yeb-u+23 一小部分熒光被纖芯捕獲，并與任何泵浦和信號一起沿光纖傳播（雙向）。重要的是，它可以體驗與任何信號類似的增益。由于光纖放大器經(jīng)常達到高增益（幾十分貝），自發(fā)發(fā)射的光的引導(dǎo)部分被強烈放大。我們稱之為放大自發(fā)發(fā)射（ASE）。產(chǎn)生的功率可以變得比輻射到所有其他方向的功率大得多，即使只有一小部分熒光被核心捕獲。
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_? yZDS>7H 放大自發(fā)發(fā)射的后果是：
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bU=;Qo • 即使我們不注入任何輸入信號，我們也可以在放大器增益高的任何
波長范圍內(nèi)獲得相當(dāng)大的輸出功率。ASE光相對寬帶；它實際上用于一些超發(fā)
光源。
e- /+e64Q@ • 如果 ASE 與信號共同傳播，則它構(gòu)成該信號的寬帶噪聲。
3rQ;}<*M • 強 ASE 會導(dǎo)致大量增益飽和：通過受激發(fā)射，它會降低激發(fā)密度，從而降低放大器增益。它會導(dǎo)致一種軟增益鉗位：更多的泵浦功率仍然會增加增益，但只是略微增加，因為 ASE 功率會隨著增益的增加而迅速增長。
@$%[D`Wa< 請注意，當(dāng)我們需要放大遠離增益最大值的波長的信號時，ASE 的增益鉗位是最不受歡迎的。從本質(zhì)上講，ASE 限制了峰值增益，我們的信號增益可能比這要弱得多。甚至在某些情況下，由于 ASE，設(shè)備根本無法工作。例如，制造發(fā)射波長為 975 nm 的高效高功率摻鐿光纖
激光器并不容易，因為很難抑制更長波長的 ASE。本教程的第 6 部分顯示了放大器的類似情況。
ECEDNib =p R'XF% 是什么決定了 ASE 的強度？
p:q?8+W-r ASE 的一個關(guān)鍵因素是放大器增益量。根據(jù)經(jīng)驗，ASE 在大約 30 dB 以上時變得相當(dāng)大。我們?nèi)匀豢梢栽趩蝹�放大器級中實現(xiàn) 40 dB 數(shù)量級的信號增益，但通常不會超過這個。然而，增益并不是唯一的相關(guān)
參數(shù)：
!BikqTM • 光纖的導(dǎo)模越多，可以捕獲的熒光越多，ASE 就越強。對于單模光纖，可以獲得盡可能少的 ASE �；旧纤械牡凸β使饫w放大器都是基于單模光纖，而高功率設(shè)備通常有少模光纖，表現(xiàn)出更強的ASE。
)#_:5^1 • 對于具有準三能級行為的激光活性離子（見第 3 部分），ASE 顯著增強（通常提高幾分貝）。這是因為對于給定的增益，我們需要更高的激發(fā)密度來克服信號重吸收，這會導(dǎo)致更強的自發(fā)發(fā)射。在光纖開始處的激發(fā)密度低的方向上，ASE 的這種效果特別明顯。因此，ASE 通常在與泵相反的方向上更強。
TBp$S=_** $7JWA9#N! 示例 1：在 940 nm 泵浦的摻鐿光纖放大器中的 ASE
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< 例如，我們考慮在 940 nm 處以 1000 mW 泵浦的摻鐿單模光纖。沒有信號注入。圖 1 顯示大量 ASE 功率導(dǎo)致正向，甚至更多反向。ASE 對 Yb 激發(fā)密度有顯著影響，它在泵浦最強的地方（左端）而不是在 ASE 最弱的地方達到最大值。由于激發(fā)密度的最終演變，泵浦功率以某種不規(guī)則的方式衰減：首先非�？�，然后更慢，然后又更快。
;L.RfP"5< 圖 1： 泵浦和 ASE 沿摻鐿光纖放大器長度的光功率。
Zf ub+A 我們現(xiàn)在看一下前后方向光纖末端的 ASE
光譜：
1>e%(k2w% 圖 2： 光纖放大器兩端的 ASE 光譜。
qGPIKu 在長波長區(qū)域（1060 nm 和更長），正向和反向 ASE 幾乎沒有任何區(qū)別，因為這里的鐿離子表現(xiàn)出幾乎純四能級的行為。然而，在 975 nm 附近，反向 ASE 的強度要高幾個數(shù)量級，并且比在較長波長處的光譜更寬的峰值提供更多的功率。我們可以這樣理解這種差異：
R2!_)Rpf • 在光纖長度的最后三分之一處，激發(fā)密度低于 50%，在 975 nm 處有凈吸收。前向 ASE 在該區(qū)域內(nèi)被強烈衰減，只有長波長的 ASE 才能到達終點。
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