第六章激光放大特性ppt课件.ppt

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1、第六章激光放大特性光放大器概述*横向均匀激励连续激光放大器增益系数、最大输出光强、增益谱宽*纵向激励连续激光放大器－掺铒光纤放大器小信号增益、大信号增益、饱和输出功率脉冲行波放大器输运方程反转粒子数、光子数密度输运方程光放大器概述发展光放大技术的意义1.获得高质量的大能量、高功率激光束（固体激光器）大能量、高功率与方向性、单色性、脉宽相互制约2.光通信系统中的光中继器（掺铒光纤放大器:EDFA)3.全光信号处理器件(半导体光放大器－SOA）§6.1激光放大器的特点与分类光放大概念－利用受激辐射实现光放大光放大的前提条件－g<0g>0g=0粒子数反转分布吸收透明放大对入射光要求？上

2、述放大器与激光器的差别：无谐振腔－行波光放大器激光器－激光振荡器－再生（光）放大器按工作方式分类:对入射光要求：行波放大器:只要求入射光频率在增益介质谱线范围内再生放大器:入射光需在谐振腔本征频率附近,保证频率匹配g>0g>0行波放大器再生放大器(F-P放大器)行波放大器增益(6.1.1)再生放大器增益多光束干涉处理(6.1.3)当－最大增益n偏离ncG下降;r1、r2越高，n偏离nc允许值越小，增益g>0放大器增益再生放大器行波放大器G＝Gs再生放大器举例：半导体光放大器h=3.2-3.4r1、r2060nm~1nm再生放大器行波放大器按入射光时间特性分类连续激光放大器

3、脉冲激光放大器超短脉冲激光放大器（入射信号脉宽t0及工作物质弛豫时间T）弛豫：某种物理状态的建立或消亡过程弛豫时间纵向弛豫时间T1：能级上的粒子数数目发生变化(T1～t2)横向弛豫时间T2－位相弛豫时间宏观感应电极化的产生和消亡的时间电磁场共振相互作用－同相，碰撞等其它作用－消相DnL为主DnD为主固体气体半导体纵向弛豫时间(s)10-3~10-410-6~10-910-9横向弛豫时间(s)10-11~10-1210-8~10-910-12按功能分类:（通信系统中）前置放大器:小信号工作状态,噪声系数小功率放大器:大信号,增益饱和状态,饱和输出功率大线路放大器：补偿系统中各光纤

4、段的损耗t0>T1与连续波放大相似稳态方法T2<

5、益谱饱和增益（饱和输出功率）小信号增益激光振荡器激光放大器二、(有损)光放大器大信号（饱和）增益入射光信号较强或工作物质足够长可得(6.2.1)－净增益系数(功率增益)公式输出光强放大器增益I0已知，放大器的gm、l、a可以测得，Is已知（无损）光放大器（如气体介质）输出光强和增益表达式（略）(6.2.3)(6.2.4)自行推导自行推导三、最大输出光强（饱和输出功率）当输入信号光很强或增益介质很长，由于增益饱和，放大器增益系数会下降直到净增益系数为0，光强不再增加。四、放大器的增益谱宽及输出谱线轮廓(无损)小信号均匀加宽光放大器时dn

6、放大器：中心频率处饱和效应强，偏离中心频率饱和减弱I(l)H(6.2.10)习题6-2自行推导§6.3纵向光激励连续激光放大器的特性掺铒光纤放大器EDFA－ErbiumDopedFiberAmplifier为什么EDFA属于连续激光放大器？光信号速率：108－1010b/s（T=10-8～10-10s）铒离子T1=10-2sT<

7、均匀加宽；同向光泵一、信号光，泵浦光输运方程(忽略SP)泵浦光980nm信号光1550nmI0(t)I1(t)掺铒光纤(6.3.1)(6.3.2)EDFA稳态速率方程归一化信号光强归一化泵浦光强(6.3.5)(6.3.6)(6.3.9)(6.3.10)>0泵浦光沿光纤归一化信号光、泵浦光输运方程－掺杂光纤中信号光的小信号吸收系数－掺杂光纤中泵浦光的小信号吸收系数光信号放大光信号衰减(6.3.11)(6.3.12)阈值泵浦光强可实验测定－衡量信号光在铒光纤中传输时光强