光纖激光器模型

 

　　光纖激光器設計的許多技術細節都比體激光器復雜。原因是多方面的：

 

　　光纖激光器工作時通常產生更高的增益和更高的諧振腔損耗。

 

　　光纖激光器中的光強通常大于飽和強度，產生強飽和效應（甚至對泵浦光也會）。

 

　　大多數活性光纖具有準三能級增益系統，并且它們的工作特性比四能級光纖更復雜。

 

　　光纖激光器系統通常非常復雜，例如，采用主振蕩功率放大器結構。

 

　　根據以上原因，光纖激光器的工作細節通常不能只采用簡單的分析計算得到。因此需要采用一些光學模擬軟件進行數值模擬來計算激光器性能，分析有害效應，優化模型和產品設計。這種模擬可以得到下面不同的技術細節：

 

　　速率方程模型可用來計算單個激光器活性離子或者多個離子時的能量轉移過程。

 

　　模式求解器，即計算光纖模式的計算器，得出入射來進行更一步的計算，特別是模式強度分布。

 

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

 

　　計算激光器和放大器的穩態需要細化的算法，可以得到可以計算整個光纖中激光活性離子激發密度和光強的自洽解。（光強和激發密度相互影響。）

 

　　動力學模型可以計算脈沖放大和Q開關。

 

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