光纤激光器模型

　　光纤激光器模型

 

　　光纤激光器设计的许多技术细节都比体激光器复杂。原因是多方面的：

 

　　光纤激光器工作时通常产生更高的增益和更高的谐振腔损耗。

 

　　光纤激光器中的光强通常大于饱和强度，产生强饱和效应（甚至对泵浦光也会）。

 

　　大多数活性光纤具有准三能级增益系统，并且它们的工作特性比四能级光纤更复杂。

 

　　光纤激光器系统通常非常复杂，例如，采用主振荡功率放大器结构。

 

　　根据以上原因，光纤激光器的工作细节通常不能只采用简单的分析计算得到。因此需要采用一些光学模拟软件进行数值模拟来计算激光器性能，分析有害效应，优化模型和产品设计。这种模拟可以得到下面不同的技术细节：

 

　　速率方程模型可用来计算单个激光器活性离子或者多个离子时的能量转移过程。

 

　　模式求解器，即计算光纤模式的计算器，得出入射来进行更一步的计算，特别是模式强度分布。

 

　　有些情况下，需要知道光束传播的数值模拟结果。例如，通常多模光纤中，包括双包层光纤的包层泵浦。

 

　　计算激光器和放大器的稳态需要细化的算法，可以得到可以计算整个光纤中激光活性离子激发密度和光强的自洽解。（光强和激发密度相互影响。）

 

　　动力学模型可以计算脉冲放大和Q开关。

 

　　也可以数值模拟考虑激光器增益、有限增益带宽、色散、各种非线性等之后的超短脉冲在光纤中的传播过程。

 

　　图9为单个光纤激光器很特别的性质，给出了掺镱单模光纤激光器中光功率和激发密度在整个光纤中的变化情况。右侧峰值反射率为25%的光学布拉格光栅的功能是输出耦合器，左侧则采用高反射率的布拉格光栅。泵浦光（975 nm）通过光栅耦合进去。左侧泵浦功率的线性衰减引起强的泵浦饱和。光纤太长，因此右侧产生很小的信号光重吸收。重吸收使镱激发保持在很高的水平，尽管泵浦功率在下降，但是会使信号输出功率略微减小。ASE产生的损耗也可以忽略。